干貨|從機器人到數(shù)字化工廠—杭州新松機器人研究院院長陳立
1數(shù)字化工廠架構(gòu)
新松是我國有考證的最早的數(shù)字化智能工廠的提出者和實踐者，目前也是國內(nèi)數(shù)字化工廠案例最多的公司，領(lǐng)域覆蓋面廣，包括汽車及汽車零部件、石油化工、電梯裝配線、消費電子裝配線、等多種行業(yè)，浙江省民營經(jīng)濟繁榮，杭州新松更是拓展各類民用行業(yè)，比如某著名品牌咖啡廳室外遮陽傘生產(chǎn)的無人化工廠、著名別墅實木木門打磨、裝配、檢測、存儲一體的無人化工廠。
整個數(shù)字化工廠的規(guī)劃可分為三個方向：一個是倉儲、一個是物流，另外一個是機器人的工作單元，以現(xiàn)代信息技術(shù)為串聯(lián)，涵蓋自動裝配生產(chǎn)線、自動檢測生產(chǎn)線、自動校核生產(chǎn)線等成套裝備；生產(chǎn)管理新系統(tǒng)對執(zhí)行設(shè)備的調(diào)配，聯(lián)通ERP對接客戶，可實現(xiàn)定制化下單，無紙化訂單的下發(fā)，設(shè)備定制化生產(chǎn)；
如下：車間的物流由立體倉庫、智能倉儲系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)倉庫，未來由于人口數(shù)量的增加，廠房越來越珍貴，算容積率高、單位面積的納稅額高是現(xiàn)代制造企業(yè)最求的目標，所以物料的倉儲業(yè)往空間發(fā)展；而AGV物流車的應(yīng)用，也減少了工人在工廠中繁重的搬運工作，提高了工廠的物流效率；機器人與CNC的加工、檢測工作站的配合，也大大的提高了生產(chǎn)效率；
數(shù)字化工廠減少了30%的產(chǎn)品上市時間，減少了65%的設(shè)計修改時間，降低了成本，減少了工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)的介入。
物流方面還有一些無人的AGV，目前做到3噸重，精度0.1，會廣泛使用在汽車行業(yè)里面。
2工業(yè)機器人
接下來重點講一下工業(yè)機器人，自動化行業(yè)里皇冠上的明珠，為什么是工業(yè)機器人呢？工業(yè)機器人是智能制造的基礎(chǔ)工具、數(shù)字化工廠的螺絲刀、制造業(yè)廠房的必須品，能夠縮短非標生產(chǎn)線的產(chǎn)品研發(fā)周期；提升整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性；多臺機器人協(xié)同工作，提升了生產(chǎn)節(jié)拍；具有強大的開放性，符合數(shù)字化工廠、工業(yè)4.0中的總線通信；設(shè)備相對非標執(zhí)行機構(gòu)非常保值；而且具有一定的觀賞性，工作時和人手的工作狀態(tài)十分相近。
涉及的應(yīng)用領(lǐng)域目前涵蓋了點焊、弧焊、碼垛、裝配、打磨、拋光、噴涂、機床上下料等各種作業(yè)，廣泛應(yīng)用于汽車及零部件、工程機械、電力、電子、家電、電梯、煙草、食品、醫(yī)藥、紡織、五金、低壓電器、機械電子等國民經(jīng)濟重點領(lǐng)域。
盤古開天地，最早的工業(yè)機器人應(yīng)用是用于傳統(tǒng)的搬運碼垛行業(yè)，將人從重復(fù)繁重的搬運中解脫出來，提升了工廠中物料的標準化，大大的提高了生產(chǎn)效率，其中機床上下料是一種延伸的應(yīng)用，但由于人員工資和性價比方面的問題，我國在機床上下料領(lǐng)域的應(yīng)用，基本上基于一個工位加工在30秒左右的CNC工位，一臺固定的工業(yè)機器人對應(yīng)三臺機床，成品字型，對應(yīng)四臺機器人自身的一軸限位就較為尷尬，當然也有一臺機器人裝配外部第七軸做上下料的工作，這個都要依據(jù)應(yīng)用客戶的預(yù)算和他的生產(chǎn)節(jié)拍來定制方案。
工業(yè)機器人最傳統(tǒng)的應(yīng)用之一點焊應(yīng)用，我去過山東德州的一些電動助力車的制造廠，這個人工工位是依舊存在的，4到6名工人拿著50公斤的點焊工具，圍著一個車架在進行拼焊工作，大夏天，一干就是8個小時以上，大汗淋漓十分幸苦，而且車間的噪聲較大，對人工的身體健康是嚴重的印象，正規(guī)的汽車生產(chǎn)廠，工業(yè)機器人就很好的替代這個工位的工作，由6臺及以上的200公斤負載能力的工業(yè)機器人對白車身進行點焊，大大的釋放了勞動力，確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，不會有漏點漏焊的現(xiàn)象，一下視頻就是我們公司的工業(yè)機器人在某國內(nèi)汽車廠點焊工作的狀況；弧焊也是比較常見的應(yīng)用，就不介紹了。
機器人噴涂替代的也是環(huán)境較為惡劣的行業(yè)應(yīng)用，我國的版式家具的生產(chǎn)量出口量居全球第一，而早期家具的生產(chǎn)加工還是大量的采用了人工生產(chǎn)，機器人噴涂就替代了一部分老油漆工的工作，板式家具講究薄噴多次，利用機器人可以很好控制油漆的高度、流量、霧化，來回噴漆掃槍的一致性也是無可挑剔，右圖就是我們機器人對椅子腳的噴漆。
DELTA和SCARA機器人大量的用于食品包裝以及電子裝配行業(yè)，配合視覺相機在產(chǎn)品的后端做包裝的搬運取料工作，由于通常是一個傳輸線到另一個傳輸線的小包裝大包工作，所以通常是4個電機4自由度的機器人，用于位置的變化，姿態(tài)角只有一個旋轉(zhuǎn)度，因為運動學模型所致，速度極快，目前最快的可以做到220次每分鐘的抓取，工業(yè)總線技術(shù)和虛擬軟件分配工作的應(yīng)用，使多臺機器人協(xié)同工作實現(xiàn)可能，而且任務(wù)分配也更趨于合理，不至于前面的機器是120%的工作負荷，后面只有40%的利用率，設(shè)備的維護保養(yǎng)也可以確保。
現(xiàn)在講智能制造，智能融合的工業(yè)機器人應(yīng)用越來越被廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)，那對工業(yè)機器人本身的要求也要一定的提升，傳統(tǒng)控制非自主的工業(yè)機器人，提升空間就較為有限，需要跨公司的合作，而當都是自主開發(fā)的情況下，高性能電機、伺服驅(qū)動的開放性，可提升機器人的軌跡精度；控制器通信技術(shù)的提升，可使機器人對外界信號的判斷提高響應(yīng)時間；信息技術(shù)的應(yīng)用，使機器人更聰明，脫離人工示教；先進控制算法的應(yīng)用可以對串聯(lián)結(jié)構(gòu)進行重力及摩擦力的誤差補償；
所以就有了以下行業(yè)的應(yīng)用拓展，激光焊接、激光切割行業(yè)，傳統(tǒng)的激光切割機占地面積大，設(shè)備一次性投入的成本高，而工業(yè)機器人提升精度、速度后倒掛式安裝，外掛一個激光切割頭也可以做一樣的汽車鈑金件的三維切割工作，占地面積小，成本可能只有五軸激光床的1/3，但速度方面還是需要提升，這是未來全球各家具有工業(yè)機器人設(shè)計能力的公司所要研發(fā)的方向。
機器視覺是最近較火的課題，特別是機器視覺用于無人駕駛，而工業(yè)生產(chǎn)中知否需要視覺的介入，答案是肯定的，風扇吹箱子的案例其實是取巧的方式而限制了生產(chǎn)型工廠的規(guī)?；?、一致化發(fā)展，人類有兩個主要的傳感器，一個是視覺、一個是觸覺，視覺傳感器及工業(yè)相機在工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)用對產(chǎn)品具有測量、判斷、追溯能力；隨著3D雙目視覺的驟步成熟，亂筐取料成為了可能，大量的少了夾具工裝的定制，例如一個化妝品企業(yè)，化妝品罐子從注塑機出來，可以凌亂一筐直接送達上料工位，而不需要人工檢料，由機器人配合立體相機實現(xiàn)上料。
另一個傳感器觸覺傳感器的應(yīng)用，首先在機器人生產(chǎn)制造行業(yè)，實現(xiàn)了電機輸入軸裝RV減速機的應(yīng)用，使機器人生產(chǎn)機器人成為了可能，再說一個好玩的應(yīng)用，高檔車座椅有多種電子元器件，例如電暖器、壓力傳感器，但怎么才能檢測電子元器件的壽命呢？原來是一個200斤的工人一直坐，擠壓這個座椅，直到傳感器壞掉，現(xiàn)在有了新的技術(shù)，利用一臺工業(yè)機器人加力傳感器加半個仿人型的假人，模仿人坐座椅的擠壓、挪動、摩擦，不僅可以批量測試汽車座椅中電子元器件的壽命，還可以根據(jù)力傳感器的反饋程度，檢測座椅的發(fā)泡程度是否合格。
越來越多的工業(yè)機器人需要和同類或大型的機械協(xié)同工作，在自動化程度逐步變高的中國，機器人與人的協(xié)同工作越來越成為需要，安全性成為挑戰(zhàn)，機器人與機器人協(xié)同工作時需要直到自身的坐標和自身手臂的坐標位置，機器人自身需要具備安裝裝置，不管是伺服電機電流值的設(shè)置，還是安全外套的裝配，還是扭力傳感器在伺服電機后端的添裝，都是為了更安全的進行生產(chǎn)。
我們以前跑現(xiàn)場應(yīng)用，常需要教現(xiàn)場的操作工使用工業(yè)機器人，而操作工一旦具備這項技能后，跳槽也變得平凡，老板們就跑回來問我們，有什么方案，信息技術(shù)的融合，圖形圖像學的使用，結(jié)合CAD/CAM,實現(xiàn)了遠程操控機器人，離線軟件的使用使機器人跑出人工示教不能達到的曲面軌跡，使產(chǎn)品更柔順漂亮，離線軟件的拓展，更成為數(shù)字化工廠、工業(yè)4.0的可視化窗口。
3螺絲釘
一個巨型的執(zhí)行機構(gòu)或者數(shù)字化工廠，都是由一個一個零部件構(gòu)成的。國產(chǎn)機器人的生存空間在進口機器人的擠壓下，如果維持技術(shù)創(chuàng)新不變，空間不會變大，會越來越被擠壓，我們只有具有自主的創(chuàng)新能力和自主的設(shè)計能力，還要有扎根基礎(chǔ)，注重細節(jié)的螺絲釘精神，長期堅持不斷做一件事情，才可能吧工業(yè)機器人越做越好，同時注重應(yīng)用開發(fā)和工藝方面的融合，才能把產(chǎn)品的技術(shù)特長發(fā)揮出來，同樣也要跟齒輪和螺絲釘一樣，注重各環(huán)節(jié)銜接，才能搭建巨型的數(shù)字化工廠。
同樣，大學生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面，也要從螺絲釘做起，一定要尊重資本，企業(yè)還是以盈利沒目的，資本對你的投資也是基于你和團隊的經(jīng)濟效益產(chǎn)出；而技術(shù)輸入這塊，就像學校的學生，需要尊重知識、尊重技術(shù)，但是技術(shù)不是唯一性的，企業(yè)創(chuàng)業(yè)不是高校也不是研究所，重中之中是要注重市場營銷，市場營銷是才是企業(yè)生存救命稻草。產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計要跟生產(chǎn)相結(jié)合，生產(chǎn)沒有在高校中想象的那么簡單，很多時候都是時間和經(jīng)驗的修煉，對每某一個工藝要用什么樣的設(shè)備，要用什么樣的加工方式，什么樣的材料，這些都是根據(jù)時間的經(jīng)驗積累才能了解，這些實際情況并非在書本上面能找得到的。企業(yè)的持續(xù)發(fā)展，你自己作為一個創(chuàng)始人或者CEO，要持續(xù)進行一定的創(chuàng)新，不斷地進步才能讓你的企業(yè)有持續(xù)性的發(fā)展。
4關(guān)于新松
新松公司，隸屬于中科院沈自所，公司名字的由來是為了紀念中國機器人事業(yè)的主奠基人，沈陽自動化所所長，"863"計劃自動化領(lǐng)域首席科學家。
杭州新松于2010年注冊成立，注冊資金2億元，坐落于杭州其中一個國家級產(chǎn)業(yè)集聚園區(qū)大江東工業(yè)園，占地430畝，現(xiàn)設(shè)有工程、研發(fā)、生產(chǎn)三大技術(shù)部門，研發(fā)更是有省重點企業(yè)研究院、院士專家工作站、博士后工作站等；
文章來源：本文內(nèi)容來源于機器人大講堂走進百所高校?西北工業(yè)大學站，杭州新松工業(yè)機器人智能裝備研究院院長陳立發(fā)言內(nèi)容
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