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“机器换人”新方向——协作机器人占比将达 30%

来源:控制工程网2022.03.17阅读 12875

  协作机器人的出现,创造了新的工业自动化模式。传统上,工业机器人的部署需要大量资本投资、工程和编程专家团队以及数月的交付周期。大规模的工业机器人部署,可能需要数年时间和数千万美元才能完成。这还没有考虑持续的维护、编程和技术支持的成本。
  协作机器人如何扩展自动化?
  协作机器人改变了这一点,它为制造商提供了一种可行的替代方案CONTROL ENGINEERING China版权所有,以现代化、人性化的自动化范式,取代传统复杂、昂贵和耗时的,“要么全有要么全无”的自动化方法。它们可用于许多行业,如电子制造、金属制造等等。协作机器人比传统机器人更便宜、更易于部署(即使是由没有机器人施工经验的人来负责),已经将自动化应用扩展到更多的中、小型企业。
  与传统机器人不同,协作机器人可以安全地与人类部署在相同的工作空间中,而无需进行广泛的安全防护,当然必须进行风险评估。在大多数工业和制造业环境中,协作机器人占地面积小、具有安全功能、而且可以无笼部署的特性,大大增加了协作机器人技术的吸引力,从而在全球范围内快速增长。

图1:一家工厂的运营经理说:“协作机器人为我们带来了成长、扩张,创造了更多就业机会,并将我们最宝贵的资源转移到最需要技术的新项目中。如果仅仅依靠雇用新员工,我们将永远无法将规模扩大三倍。”UR10协作机器人负责机器维护、装配和产品检验。图片来源:Universal Robots

  协作机器人可以部署在靠近人类的地方,而无需特殊围栏(在风险评估之后),并且易于编程。它们还可以接管重复性、繁重的任务(会给工人带来压力和伤害),从而可以为现有工作环境中的人体工程学方面带来巨大的改善。这使人类工作者能够专注于具有更高价值的任务。与手动执行的任务相比,协作机器人还提供 24/7 可用性和一致的性能,从而提高质量和效率。
  可用劳动力短缺是制造业面临的长期挑战,COVID-19疫情加剧了这一挑战;2020年12月,在美国制造商协会(NAM)的调查中,62.4%的受访者认为吸引和留住高素质劳动力是他们面临的主要业务挑战。
  对制造商来讲,协作机器人是解决这些劳动力缺口的有效方法,即使在劳动力市场短缺的情况下,也能提高产量和吞吐量、提高质量。由于越来越难找到合适的劳动力来从事材料搬运、焊接、小零件装配、计算机数控(CNC)机器维护和焊接等任务,协作机器人已经开始弥补这一不足。
  国际机器人联合会(IFR)的数据显示,在工业机器人领域,协作机器人是增长最快的细分市场。根据市场分析机构BIS Research的报告,2020年全球协作机器人市场价值约为6.749亿美元,预计到2025年将以28%的复合年增长率(CAGR)增长。同样,Emergen Research预测,到2027年协作机器人的销售额将从2019年的7亿美元左右攀升至93亿美元。
  协作机器人技术的早期应用者有了新的想法:自动化可以安全地部署在人类周围;自动化可以由制造人员而不是由工业机器人专家进行编程和部署;而且可以引入自动化,并且不需要对现有的工厂布置进行大规模变更,这对较小的公司尤其有价值。
  推动协作机器人成功应用的关键因素
  到目前为止,协作机器人的早期采用者已经被证明是正确的。协作机器人已在汽车、制造、制药和电子等行业的数万个成功部署中展示了其实用性,并应用于各种各样的应用,如机器维护、组装、精加工、检验、包装和码垛等。如今,协作机器人约占全球工业机器人市场的5%;据Interact Analysis的研究预测,到2027年这一比例将增加到30%左右。为了推动协作机器人的成功应用,请考虑以下7个关键因素。

图2:在进行风险评估后,航空航天制造商 Tool Gauge 在塑料装配和分配应用中部署了 UR5 协作机器人以实现人机协作。协作机器人的限力安全系统可确保在遇到障碍物时自动停止运行。

  1.协作机器人的实施方式
  由于其易用性和占地面积小,协作机器人非常适合自己动手实施。如果您的应用场景简单(例如拾取和放置操作),那么公司应该对自己具有实施能力充满信心。DIY部署比那些需要集成专家参与的部署便宜得多,且对自动化预算有限的小公司来说也更具吸引力。
  由不同协作机器人制造商提供的教育资源,数量和质量各不相同。特别是对于那些以前很少或没有机器人技术经验的人来说,确定协作机器人品牌非常重要CONTROL ENGINEERING China版权所有,因为这些品牌提供在线培训、教育和支持,可以帮助自己部署实施协作机器人。
  对于更复杂的应用CONTROL ENGINEERING China版权所有,或者出于任何其他原因,一些公司不具有完全部署的能力。公司需要在三类集成商中选择。a、增值分销商,它通常是最便宜的,可以提供技术援助以促进销售,并推荐配置和外围设备。b、精益集成商CONTROL ENGINEERING China版权所有,通常专注于特定应用(例如焊接或表面处理),并以周为单位计算集成时间。c、传统的系统集成商www.cechina.cn,可以从头开始构建一个基于协作机器人的装置,集成所有外围设备和硬件,这是一个交钥匙工程。传统的集成商以月为单位计算交付周期,该集成过程更昂贵,但也更完整。
  2.识别风险因素
  每种应用都是不同的,都需要面临独特的挑战。某些风险是该过程固有的,例如电弧焊。其它风险可能是额外的复杂性所导致的,例如将视觉系统添加到协作机器人装置时。环境也可能带来风险,特别是湿度和温度。影响设备寿命的因素,如操作协作机器人时接近最大有效载荷的程度。请向协作机器人制造商索取应用风险记分卡,该记分卡有助于对这些因素进行知情评估。
  3.进行风险评估
  风险评估是协作机器人部署过程必不可少的组成部分。有关完成风险评估的指导,可以访问A3 Robotics机器人技术网站,该网站提供了丰富的机器人安全资源和培训。另外,欧盟资助的COVR项目最近发布了一个免费的数字工具包,该工具包提供了有关风险评估、案例研究、安全指令、国际标准和协作机器人安全最佳实践的信息和指导。

图3:为了了解更多有关UR机器人设置和编程的信息,DCL Logistics的工程团队在Universal Robots学院完成了免费在线培训和免费应用仿真。

  4.制定详细的投资评估
  需要协作机器人的商业案例令人信服,但在进行自动化投资时,很多高管需要详细的投资回报(ROI)信息。请协作机器人供应商提供ROI工作表和说明,解释如何计算协作机器人装置的总收益。
  真正的ROI价值不仅仅是劳动力成本。它们还包括整体设备效率(OEE)和整体劳动效率(OLE),前者是衡量设备在预定运行时的利用程度和最大潜力,后者决定了公司如何使用其绩效最高的人员,并根据可用性、产量和质量等变量进行调整。
  5.迅速提升操作员技能
  确保现有员工轻松升级为协作机器人操作员的第一步,是选择一个易用性高的协作机器人。如果协作机器人很容易通过示教器、智能手机或平板电脑等进行编程,那么成功提升技能的主要障碍之一就可以迅速消除了。
  然后,选择一位协作机器人专家来支持这项技术。由于协作机器人所带来的“惊喜”,这里的挑战可能不是寻找协作机器人“冠军”,而是为该角色选择几个热情的候选人。
  寻找能够提供教育和培训资源的协作机器人供应商。这将有助于简化培训过程并缩短实施时间。质量也很重要,所以要寻找完善的协作机器人培训课程,尤其是那些获得行业认可的认证课程。
  6.为应用选择适合的配件
  协作机器人是一种能够实现从精确检测任务到重型码垛操作的各种应用的平台,但要完成系统,需要搭配某种类型的臂端工具。并非所有协作机器人都是一样的。请先进行尽职调查,确保投资于经认证的,可与最多的臂端工具、硬件和软件外围设备兼容的即插即用协作机器人。寻找那些了解协作机器人如何在不同的应用特定场景中使用,并提供完整的应用工具包,以及开始执行特定任务所需的所有软件和硬件的协作机器人品牌。
  7.进行协作机器人研究
  网上有很多关于协作机器人的信息,最大的挑战是如何精准地搜索到它们。真实的应用案例是查找有关协作机器人部署和应用信息的好地方。白皮书可以帮助将注意力集中在特定的应用、主题或行业上。近年来,随着许多新进入者进入协作机器人制造市场,我们需要将重点放在那些在该领域有良好记录的公司的信息上。一些值得关注的协作机器人信息来源包括TüV Rheinland、A3和欧盟资助的COVR项目等。(作者:Joe Campbell,  Universal Robots) 

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