了解现实并避免陷阱
Fastems 的制造管理软件 (MMS) 通过提供整个生产过程的详细概述，允许全面了解制造操作。Edge。云。数字双胞胎。人工智能。增强现实。虚拟现实。协作机器人。它们曾经是流行语。现在，它们正在成为北美大中型制造工厂的技术现实。采用的时间表因行业而异，但最近的一项研究表明，76% 的制造商正在实施智能工厂计划。
如果实施得当，这些计划将改变我们的工厂——使生产从预制食品到喷气客机的一切都变得更高效、更一致、更相互关联。自动化可实现一定程度的准确性和生产力超越人类能力的能力——即使在被认为对人类不安全的环境中。
上面的关键词是“正确实施时”。存在挑战和潜在的陷阱。制造工程与多位行业专家进行了交谈，以了解他们对我们今天所处的位置、明天会是什么样子以及可能导致我们跌跌撞撞的看法。
进步因行业而异
当被问及制造工厂当前的自动化水平时，我们的专家不愿将制造业作为一个整体进行概括，而是选择提供对特定行业部门的观察。
例如，汽车和航空航天业高度自动化”，密歇根州罗切斯特山 FANUC America Corp. 产品开发总经理 Claude Dinsmoor 表示。”Dinsmoor 说。
俄亥俄州西切斯特镇 Fastems LLC 总裁 David Suica 看到了机器或单元级别自动化工具的大量实施。 “特定机器，甚至细胞或生产线的自动化很普遍，”Suica 说。 “但其中大部分都是自动化孤岛。以数字格式查看工厂，从而使真正的生产力可视化的能力仍然在未来。”
具有全腕关节的超重型有效载荷机器人（M-2000iA 系列）用于转移极重的物品，例如卡车、拖拉机和汽车车架、装载托盘和大型铸件（重达 2,300 千克）。Promess Inc. 产品开发总监 Andy Joseph 和应用工程经理 John Lytle 表示，密歇根州布赖顿装配过程中的自动化程度低于机加工方面。 “我们在汽车领域做了很多工作，零件装配的自动化是一个混合包，”Lytle 说。 “另一方面，”约瑟夫补充道，“较小的制造商正在研究汽车业已部署多年的自动化技术。我们看到从液压转向伺服控制执行器的重大转变，这可能成为未来自动化战略的一部分。”
在安大略省基奇纳的 Praemo，负责人看到了两个自动化领域非常不同的轨迹。首席技术官安迪·亨德森 (Andy Henderson) 表示，物理自动化（物理和重复性任务的自动化）在过去 30 到 40 年间一直在发生，几乎每个制造工厂都有例子。另一方面，决策自动化（人类思维过程和洞察力的自动化）是非常新的。 “特定的机器可以执行平凡和重复解决方案架构总监亚历克斯·凯利 (Alex Kelly) 说，“但他们从以前的事件中学习以适应新情况的能力还不存在。这是下一个级别 - 对以自动化方式捕获的数据采取行动。”
自动化创新推动因素
哪些新技术为下一个级别的自动化奠定了基础?
“接受适用于工业 4.0 和工业物联网 (IIoT) 计划的连接和数据交换标准是基础和必要的，”Fagor Automation Corp. 中西部区域 CNC 经理 Artur Gugulski 说。 ，伊利诺伊州埃尔克格罗夫村。 “这有助于制造商和供应商使用开放式通信协议和标准。”
“例如，在模具行业，我们看到灵活的制造系统可以将时间从七周缩短到七周天，”丹说Zeman 是三菱子公司 MC Machinery Systems 的自动化经理，该公司位于伊利诺伊州埃尔克格罗夫村。 “实现这一点的一项关键技术是工作管理软件，它通过处理程序、数据和远程启动机器来协调机器人和机器，以允许长时间、无人值守的操作。对下一级自动化至关重要的另一件事是围绕托盘化工具、夹具和工件夹具的技术。通过码垛，可以使用机器人拾取工具并将其非常轻松准确地放置在卡盘中。您可以在一个连续的过程中从铣削到检查再到电火花成型加工，机器人将[工件]从一台机器转移到另一台机器。可以通过管理软件对操作进行调度、确定优先级和监控，以有效地对多个步骤进行排序。”
机器人制造商 FANUC 正在研究几种提高人类绩效而不是取代人类绩效的关键技术。根据 Dinsmoor，“一些令人兴奋的技术包括机器视觉（3D 视觉）、触觉和力感应以及力和力控制，这些技术对于协作机器人（与人类近距离工作的协作机器人）来说是必不可少的。同样具有高价值的是设计阶段的仿真技术，它可以帮助我们在将其应用于钢材之前构建虚拟解决方案。借助仿真，制造商可以缩短设计时间并安全地评估多达十几个‘候选设计’，以找到最佳的自动化解决方案。”
Fagor Automation 的最新控件支持工业 4.0，允许操作员查看和控制机器状态和来自集成到用户云基础架构（基于 Web 或应用程序）的移动设备的程序。根据 Praemo 执行副总裁 Paul Boris 的说法，如果我们考虑下一级自动化作为装备机器开始代表自己做出决定，这需要机器本身具有一定程度的智能。 “为了利用不同的算法以及部署这些算法的方法，我们严重依赖人工智能 (AI)，”他说。 “人工智能是运行许多对我们很重要的其他技术的基础。”
Promess 看到的更有趣的技术之一是 LiDAR（光探测和测距）。 “它的主要特点是在测量 3D 物体时具有高空间分辨率，”约瑟夫说。 “LiDAR 可用于各种制造场景，包括操作员安全、机器人零件处理、制导系统和用于优化装配过程的机器学习。”
Zeman 说 MC Machinery 正在寻找的下一个进步是在设计领域。 “手动绘图让位于在 PC 上完成所有工作并在纸上绘图。绘图员现在有随着一切电子化而消失。最终，我们不会点击“打印”按钮，而是点击“构建”按钮，设计将直接投入制造。”
边缘计算及更多
其他新我们的专家提到的技术包括边缘计算（在源头进行处理以加快传输速率和响应时间，同时减少工厂带宽的负载）；与云的本地集成；预测/预防资产故障的技术；用于组装和维护的增强现实 (AR)；以及用于训练和模拟的虚拟现实 (VR)。
“要实现下一级自动化，必须同时发生几件事，”Fastems 的 Suica 说。 “VR 技术将是一个很大的优势，因为它允许以数字形式多方面地查看您的工厂。事实上，看到一家数字格式的工厂（即数字双胞胎）将带来生产力的提高。数字可见度让经理和工程师不仅可以立即查看哪些机器正在运行，还可以查看哪些机器正在切割，这是衡量运营效率的真正标准。它还显示了机器之间的流程——干扰或问题所在。”
对于软件，趋势是不断增加功能。 “这很好，”FANUC 的 Dinsmoor 指出，“只要它不给整体架构增加层次。通过将更多功能集成到我们的机器人中，我们实际上减少了所需的软件和硬件层数。开放协议对于大规模实现这一点至关重要。”
根据 MC Machinery 的 Zeman 的说法，自动化的好处来自于将上下游的多个工艺步骤结合起来。 “这些信息必须无缝流动，”他说。他谈到了采用开放标准进行数据收集和文件传输的制造商之间的协作努力。 “最终结果是 t客户可以轻松集成 CAD/CAM、测量系统、铣削和 EDM 机器并获得出色的结果，”Zeman 说。
该工作站将机电装配压力机 (EMAP) 技术整合到一个统包式独立单元中使零件组装更容易、更高效。它很容易编程。除了生产装配外，它还经常用于构建原型、开发流程和培训。Lytle of Promess 列举了通过具有统一架构的开放平台通信 (OPC UA) 和现场总线在机器对机器通信方面取得的进步实时分布式控制技术。 “我们的客户需要能够让他们在内部进行集成和重新编程的解决方案，”他说。 “提供构建块的机器库需要很少的编程知识uired 和 Open PLC 之类的东西正在使这成为现实。但是，我应该补充一点，我们现在还处于起步阶段。”
Suica 对自动化孤岛问题的评估是存在“不相互交流的小软件” ”他将其等同于晚上坐下来看电视，面前有四个不同的遥控器——一个用于接收器，一个用于 DVR，一个用于电视，另一个用于流媒体设备。 “就像你在家里需要一个通用遥控器一样，你的工厂也需要一种通用的方式来收集数据并使用它来完成任务，”他说。 “由于开放平台、架构和数据库，这变得越来越容易，但仍然必须为此做好计划。”
希望在未来实施 AI 驱动的分析引擎的制造商可以从今天开始无需以特殊方式准备所有现有数据即可解锁有价值的见解. Praemo 的 Henderson 解释说，在采用传统方法时，需要对关键数据进行定位、清理、分类和协调，以便成为决策制定的基础。
“不幸的是，即使在同一家公司内，你会发现每个制造站点都在做自己的事情——不同的数据库、不同的 ERP 系统、不同的标签、不同的名称，”他说。 “我们没有等待完成数据标准化，而是以数据存在的方式和存在的位置连接到数据。快速开始并获得一些小胜利。这不仅可以更快地启动工作，还可以帮助公司解决大型自动化项目经常伴随的人员和文化问题，而无需担心固有的风险或恐惧。”
先进的机器人技术变得简单
下一代机器人不仅更容易编程，而且更易于使用，具有语音和图像识别等功能，可以重新创建复杂的人工任务。协作机器人已经成为一种新兴的、快速发展的技术，可以满足制造业对自动化和灵活性的需求。它们有可能帮助工人完成繁琐的工作并提高工作场所的安全性。
线切割 EDM 单元上的六轴机器人提供了定位灵活性，可以以旋转台设置为最佳的任何角度加载零件加工间隙。据 FANUC 的 Dinsmoor 称，他的公司的高级机器人技术开发工作围绕着回答这个问题展开：“明天会是什么样子？”视觉、功率和力控制、人工智能和机器学习等新兴技术都是设计调色板的一部分。 “我们的目的是让机器人更容易应用，更容易编程或操作，而无需专门技能，”他说。 “很多就像操作具有惊人功能且对用户基本透明的智能手机一样，改进范围、速度和有效载荷一直是优先考虑的事情。”
FANUC 一直在其机器人中嵌入符合 IIoT 的设备，以实现持续五到七年，使远程监控能够实现零停机时间的目标。 “我们的商店在没有人为干预的情况下全天候 24/7 营业，”Dinsmoor 说，“所以我们看到了现实。”
照亮熄灯
我们的专家有不同的看法关于需要实现熄灯操作。正如 Praemo 的 Boris 所说，“Lights-out 是所有制造商努力争取的美好愿景，但它必须扎根于现实。它对制造标准、可重复产品的工厂最为有利。每当您通过定制或其他因素将可变性引入方程式时，熄灯就很难实现。我们认为分层智能很重要，分析 d随着复杂性的增加，从机器和流程中获取数据，在新出现的问题导致性能或质量损失之前提醒团队。因此，也许目标应该是智能协助，而不是完全的运营自主权。”
Suica 说，Fastems 有几个客户一直在熄灯运行（每周 90 小时或更长时间）。 “这需要几件事情发生。首先，机器和设备必须坚固耐用，”他说。 “然后这是一个识别最薄弱环节并消除它们的过程。在一些工厂中，薄弱环节是工具，而在另一些工厂中，薄弱环节是排屑。必须消除任何锁定机器的东西。但无论您是否实现熄灯，识别和消除薄弱环节总会带来生产力的提高。”
Fagor 的 Gugulski 列举了一系列“典型”要求，这些要求来自正在努力实现照明的客户-出去。 “诸如双通道、10 轴系统；碰撞检测;机器安全；玻璃绝对刻度；用于动态温度补偿的热电偶；切向控制；复杂的探测；跳动变换；运动检测;以及即时修改程序的功能都是熄灯 CNC 加工的要求，”他说。 “这是可行的，但很复杂。我们已经展示了与自动化过程的不同组件交互的能力，包括条形码阅读器、用于温度测量的热电偶、带摄像头的安全系统、无线电控制的探头和用于五轴的顶级 CAM 系统零件编程。”
来自 Praemo 的 Razor 系统的通知提供操作人员可以采取行动的见解，例如电机负载异常高或潜在的质量问题。在许多情况下，Razor 建议采取纠正措施基于其 AI 和机器学习能力。
Promess 的先生们很少听到他们的组装客户谈论熄灯。 “几乎总是需要人际互动，”约瑟夫说。 “事实上，协作机器人是为与人类互动而开发的。”根据 Lytle 的说法，“我们的客户需要灵活的装配系统——在一个工作站做更多的事情。许多工厂希望我们的压力机成为机器人的第六轴，这是另一种臂端应用。”
MC Machinery 的 Zeman 补充说，“例如，用于合格流程的熄灯操作在航空航天和医疗行业，我们积极尝试在开发过程的早期与我们的客户合作，以确保自动化的好处可以纳入该过程。第一篇文章的运行必须包括自动化，因为它不能在以后轻易添加。”
采取后续步骤
工业 4.0 计划需要 b基本数字化。如果不将每一步都数字化，运营效率就会被搁置一旁。
“我们建议的第一件事是进行自动化审计，以查看工厂中的所有流程区域，”FANUC 的 Dinsmoor 说。 “可能有客户对应该自动化的内容有非常具体的想法，在进行演练时，我们发现了其他高价值且易于实现的机会。对于刚刚开始自动化的工厂，这些早期轻松的胜利是最好的。成功相辅相成，经济回报通常可以为下一个机会提供资金。”
据称，Praemo 与潜在客户试水的一种方法是从一组静态历史数据快速开始亨德森。 “使用静态数据，我们的 Razor 引擎可以分析并为工厂管理提供见解，而不会中断现有生产。我们都是运营出身，所以我们的重点是实践。我们根据我们的经验，人工智能和机器学习将简化、加速和降低制造成本。”
技术可行性和经济可行性是实现机器或生产线自动化的必要先决条件。然而，根据 Promess 的约瑟夫的说法，它们远不是唯一的因素。 “除了明显的技术问题外，关键点仍然存在：如果你正在研究当今的自动化并有疑问，你想与谁合作？谁会在你的旅途中支持你？”
