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機器換人”新方向——協作機器人占比將達 30%

轉載來源:控制工程網

  協作機器人的出現,創造了新的工業自動化模式。傳統上,工業機器人的部署需要大量資本投資、工程和編程專家團隊以及數月的交付周期。大規模的工業機器人部署,可能需要數年時間和數千萬美元才能完成。這還沒有考慮持續的維護、編程和技術支持的成本。
  協作機器人如何擴展自動化?
  協作機器人改變了這一點,它為制造商提供了一種可行的替代方案,以現代化、人性化的自動化范式,取代傳統復雜、昂貴和耗時的,“要么全有要么全無”的自動化方法。它們可用于許多行業,如電子制造、金屬制造等等。協作機器人比傳統機器人更便宜、更易于部署(即使是由沒有機器人施工經驗的人來負責),已經將自動化應用擴展到更多的中、小型企業。
  與傳統機器人不同,協作機器人可以安全地與人類部署在相同的工作空間中,而無需進行廣泛的安全防護,當然必須進行風險評估。在大多數工業和制造業環境中,協作機器人占地面積小、具有安全功能、而且可以無籠部署的特性,大大增加了協作機器人技術的吸引力,從而在全球范圍內快速增長。

圖1:一家工廠的運營經理說:“協作機器人為我們帶來了成長、擴張,創造了更多就業機會,并將我們最寶貴的資源轉移到最需要技術的新項目中。如果僅僅依靠雇用新員工,我們將永遠無法將規模擴大三倍!盪R10協作機器人負責機器維護、裝配和產品檢驗。圖片來源:Universal Robots

  協作機器人可以部署在靠近人類的地方,而無需特殊圍欄(在風險評估之后),并且易于編程。它們還可以接管重復性、繁重的任務(會給工人帶來壓力和傷害),從而可以為現有工作環境中的人體工程學方面帶來巨大的改善。這使人類工作者能夠專注于具有更高價值的任務。與手動執行的任務相比,協作機器人還提供 24/7 可用性和一致的性能,從而提高質量和效率。
  可用勞動力短缺是制造業面臨的長期挑戰,COVID-19疫情加劇了這一挑戰;2020年12月,在美國制造商協會(NAM)的調查中,62.4%的受訪者認為吸引和留住高素質勞動力是他們面臨的主要業務挑戰。
  對制造商來講,協作機器人是解決這些勞動力缺口的有效方法,即使在勞動力市場短缺的情況下,也能提高產量和吞吐量、提高質量。由于越來越難找到合適的勞動力來從事材料搬運、焊接、小零件裝配、計算機數控(CNC)機器維護和焊接等任務,協作機器人已經開始彌補這一不足。
  國際機器人聯合會(IFR)的數據顯示,在工業機器人領域,協作機器人是增長最快的細分市場。根據市場分析機構BIS Research的報告,2020年全球協作機器人市場價值約為6.749億美元,預計到2025年將以28%的復合年增長率(CAGR)增長。同樣,Emergen Research預測,到2027年協作機器人的銷售額將從2019年的7億美元左右攀升至93億美元。
  協作機器人技術的早期應用者有了新的想法:自動化可以安全地部署在人類周圍;自動化可以由制造人員而不是由工業機器人專家進行編程和部署;而且可以引入自動化,并且不需要對現有的工廠布置進行大規模變更,這對較小的公司尤其有價值。
  推動協作機器人成功應用的關鍵因素
  到目前為止,協作機器人的早期采用者已經被證明是正確的。協作機器人已在汽車、制造、制藥和電子等行業的數萬個成功部署中展示了其實用性,并應用于各種各樣的應用,如機器維護、組裝、精加工、檢驗、包裝和碼垛等。如今,協作機器人約占全球工業機器人市場的5%;據Interact Analysis的研究預測,到2027年這一比例將增加到30%左右。為了推動協作機器人的成功應用,請考慮以下7個關鍵因素。

圖2:在進行風險評估后,航空航天制造商 Tool Gauge 在塑料裝配和分配應用中部署了 UR5 協作機器人以實現人機協作。協作機器人的限力安全系統可確保在遇到障礙物時自動停止運行。

  1.協作機器人的實施方式
  由于其易用性和占地面積小,協作機器人非常適合自己動手實施。如果您的應用場景簡單(例如拾取和放置操作),那么公司應該對自己具有實施能力充滿信心。DIY部署比那些需要集成專家參與的部署便宜得多,且對自動化預算有限的小公司來說也更具吸引力。
  由不同協作機器人制造商提供的教育資源,數量和質量各不相同。特別是對于那些以前很少或沒有機器人技術經驗的人來說,確定協作機器人品牌非常重要,因為這些品牌提供在線培訓、教育和支持,可以幫助自己部署實施協作機器人。
  對于更復雜的應用,或者出于任何其他原因,一些公司不具有完全部署的能力。公司需要在三類集成商中選擇。a、增值分銷商,它通常是最便宜的,可以提供技術援助以促進銷售,并推薦配置和外圍設備。b、精益集成商,通常專注于特定應用(例如焊接或表面處理),并以周為單位計算集成時間。c、傳統的系統集成商,可以從頭開始構建一個基于協作機器人的裝置,集成所有外圍設備和硬件,這是一個交鑰匙工程。傳統的集成商以月為單位計算交付周期,該集成過程更昂貴,但也更完整。
  2.識別風險因素
  每種應用都是不同的,都需要面臨獨特的挑戰。某些風險是該過程固有的,例如電弧焊。其它風險可能是額外的復雜性所導致的,例如將視覺系統添加到協作機器人裝置時。環境也可能帶來風險,特別是濕度和溫度。影響設備壽命的因素,如操作協作機器人時接近最大有效載荷的程度。請向協作機器人制造商索取應用風險記分卡,該記分卡有助于對這些因素進行知情評估。
  3.進行風險評估
  風險評估是協作機器人部署過程必不可少的組成部分。有關完成風險評估的指導,可以訪問A3 Robotics機器人技術網站,該網站提供了豐富的機器人安全資源和培訓。另外,歐盟資助的COVR項目最近發布了一個免費的數字工具包,該工具包提供了有關風險評估、案例研究、安全指令、國際標準和協作機器人安全最佳實踐的信息和指導。

圖3:為了了解更多有關UR機器人設置和編程的信息,DCL Logistics的工程團隊在Universal Robots學院完成了免費在線培訓和免費應用仿真。

  4.制定詳細的投資評估
  需要協作機器人的商業案例令人信服,但在進行自動化投資時,很多高管需要詳細的投資回報(ROI)信息。請協作機器人供應商提供ROI工作表和說明,解釋如何計算協作機器人裝置的總收益。
  真正的ROI價值不僅僅是勞動力成本。它們還包括整體設備效率(OEE)和整體勞動效率(OLE),前者是衡量設備在預定運行時的利用程度和最大潛力,后者決定了公司如何使用其績效最高的人員,并根據可用性、產量和質量等變量進行調整。
  5.迅速提升操作員技能
  確,F有員工輕松升級為協作機器人操作員的第一步,是選擇一個易用性高的協作機器人。如果協作機器人很容易通過示教器、智能手機或平板電腦等進行編程,那么成功提升技能的主要障礙之一就可以迅速消除了。
  然后,選擇一位協作機器人專家來支持這項技術。由于協作機器人所帶來的“驚喜”,這里的挑戰可能不是尋找協作機器人“冠軍”,而是為該角色選擇幾個熱情的候選人。
  尋找能夠提供教育和培訓資源的協作機器人供應商。這將有助于簡化培訓過程并縮短實施時間。質量也很重要,所以要尋找完善的協作機器人培訓課程,尤其是那些獲得行業認可的認證課程。
  6.為應用選擇適合的配件
  協作機器人是一種能夠實現從精確檢測任務到重型碼垛操作的各種應用的平臺,但要完成系統,需要搭配某種類型的臂端工具。并非所有協作機器人都是一樣的。請先進行盡職調查,確保投資于經認證的,可與最多的臂端工具、硬件和軟件外圍設備兼容的即插即用協作機器人。尋找那些了解協作機器人如何在不同的應用特定場景中使用,并提供完整的應用工具包,以及開始執行特定任務所需的所有軟件和硬件的協作機器人品牌。
  7.進行協作機器人研究
  網上有很多關于協作機器人的信息,最大的挑戰是如何精準地搜索到它們。真實的應用案例是查找有關協作機器人部署和應用信息的好地方。白皮書可以幫助將注意力集中在特定的應用、主題或行業上。近年來,隨著許多新進入者進入協作機器人制造市場,我們需要將重點放在那些在該領域有良好記錄的公司的信息上。一些值得關注的協作機器人信息來源包括TüV Rheinland、A3和歐盟資助的COVR項目等。(作者:Joe Campbell,  Universal Robots) 

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