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智能制造的未来:人类与工业机器人     在智能工厂中的作用

新闻资讯

智能制造的未来:人类与工业机器人     在智能工厂中的作用

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【摘要】:
该研究首先定义了智能工厂和智能制造与人类和机器人的角色之间的关系,然后概述智能工厂中选定的技术,总结了未来的发展前景及其与智能制造的关系。

智能制造的未来:人类与工业机器人在智能工厂中的作用

 

该研究首先定义了智能工厂和智能制造与人类和机器人的角色之间的关系,然后概述智能工厂中选定的技术,总结了未来的发展前景及其与智能制造的关系。目前的研究表明,十年不足以提供工业4.0的参考实现或应用,就像智能工厂一样。2011年,科学界首次提到工业4.0。行业4.0带来了许多新的使能技术和流行词汇,例如物联网(IOT)、网络物理系统(CPS)和数字双胞胎(DT)

 

研究背景

在所有情况下,主要的挑战和限制是人与自动化之间的平衡。通过自动化、人工智能和新型传感器,工业4.0将创造一个新的制造和分销过程。这样,过程数字化,机器人执行工作(或协作),人类负责监督制造和其他质量保证过程。从事这种生产的地方也被称为智能工厂。这些都是智能的方式,他们的生产机器是永久地相互协调,他们的自我控制,同时确保最高的效率(智能制造)

 

如上文所述,为了实现高水平的自动化和灵活性,必须对人的技能进行描述,并将其传授给自动化机器(例如工业机器人)。如果这是不可能的,那么人和机器之间就需要适当的协作。到目前为止,解决方案集中在有限的应用程序上,没有提供完整的系统。正如该研究所介绍的,智能工厂还没有退出由于社会影响。

 

该研究首先介绍了智能制造的概念及其与智能工厂的联系,然后描述了人(人的因素)和工业机器人在智能工厂中的作用。之后将描述新的制造和自动化工具如何改变智能工厂,以及智能制造和智能工厂的未来。

 

智能制造可以定义为由物理表示组成的智能制造过程(例如,用数控机床生产或用工业机器人进行焊接操作),通过数字线程连接到其数字孪生体。随着云计算、物联网、大数据分析和人工智能等所有新技术的出现,智能(智能)制造业获得了巨大的机遇。这些技术用于获取实时信息、提取知识和做出知情的决策。根据人工智能和深入学习可以通过预测未来的问题或在现实生活中发生的失败来解决制造的不确定性和复杂性的挑战。通过网络-物理系统(CPS)连接虚拟世界和物理世界,从而实现制造过程和业务流程的集成,正在为智能工厂铺平道路。在智能工厂中,产品、资源和流程由CPS决定和控制。与传统的生产系统相比,这种设置提供了质量、时间、资源和成本优势。

 

 

智能工厂中的人类

近年来,人-机器人协作领域受到了广泛的关注。世界上有许多研究和工业实验室在试验人类和机器人之间的合作。其中一个主要动机是更广泛地使用机器人(工业机器人、服务机器人、移动机器人)。机器人被认为是当今社会面临的许多社会挑战的解决方案(例如,照顾老年人,代替人类从事危险/单调的工作)

 

与人-机器人协作相关的示范正式从以往的人-机器人分离模式转变为改善人类对机器人的访问(目前)和密切的人-机器人交互(未来)。机器人引进的一个主要问题,尤其是在非结构化环境中(这意味着在隔离的、有栅栏的区域之外),缺乏依赖可靠传感器的可能性。机器人需要传感器数据,例如,反应规划、运动/力控制、视觉伺服、故障诊断和安全水平监测。如果人权委员会系统是为人的不可预测移动的非结构化环境规划的,人权委员会应配备多功能传感器系统,包括距离、接近度、触觉、视觉、声音、温度等。传感器的选择、布置、传感器数量及其可靠性有助于衡量机械手在交互任务中的可靠性。

 

通过引入人机交互,进一步提高自动化生产过程的灵活性。通过机器人的精确性和无疲劳的工作来补充人类的认知和感觉运动技能,可以改善机器人的加工过程。这样的解决方案不需要机器人周围的安全区,否则安全区会比传统的机器人小。机器人交互和控制的直观设计以及机器人与操作者之间的任务分配是决定HRC成功与否的关键因素。

 

智能工厂中的机器人

在智能工厂中,机器人嵌入了传感器,以便在安全的工作空间中进行人机协作。与传统的工业机器人相比,所谓的协作机器人(Cobots)具有许多优点。这些机器人对人类来说是安全的,可以创造传统机器人所需要的空间,这些机器人需要护栏。安全机制可以是几种技术的结合:当人类靠近时,使用接近传感器减缓机器人的速度;施加限制以尽量减少对人类或环境的风险;以及人类的意图和相应的机动。除了这些确保安全的机制外,还可以实现不同级别的人-机器人协作.人类执行要求最高水平灵巧的任务,而机器人则执行重复、繁重和枯燥的任务。

 

协作机器人的定义如下:设计用于在定义的协作工作区内与人直接交互的机器人,即在受保护的空间内,机器人和人可以在生产操作期间同时执行任务,如图所示。这个想法基本上是,机器人不会伤害一个人,保护一个人的手段是被控制的力量和速度,隔离监控,手动引导,和安全级监控停止。

 

当然,除了安全之外,还有其他方面可以区分机器人在智能工厂中的应用。视觉和CAD辅助机器人规划和控制可以帮助避免机器人耗时的手工编程。通过演示学习也可以减轻手动编程的需要,例如通过使用用于参数化机器人运动的动态运动原语。对于形状和尺寸变化不大的小批量产品,这可以导致有效的生产调整。

 

智能工厂的制造

智能工厂的制造在个性化产品的情况下有很大的潜力,因为低成本的价格相结合,就像批量生产一样,而且仍然有最低数量的定制劳动力。其中一个可能性在于添加剂制造,许多产品可以在客户的房地和按需生产,而不损失运输时间或后勤管理费用。这将导致这些产品的成本降低,因为它们的定制时间和成本与其制造时间相比是最小的。

 

智能制造与智能工厂的未来

今后,为了提高生产力和质量,机器人和人类技能的协同作用将更加重要,同时仍能为人类维持可持续的工作条件和环境、健康和安全(EHS)。这将明确地激励制造场景,在这些场景中,人和工业自动化设备在相同的工作空间内运行,相互利用彼此的能力。

 

在过去的几十年中,由于工业机器人提供了高的工作能力和灵活性,它已经清楚地证明了它是工业自动化(智能工厂)的核心部件。通过使机器人更接近人类,在同一工作区域内进行直接协作或任务共享,机器人和人类的能力之间存在着强大的协同作用的重要潜力,因此,一个非常高效、用户友好的系统是快速变化的。

 

智能工厂需要新的解决方案来创建一个开放的机器人系统,在多个安全模式之间进行自动转换。这使得机器人系统能够无缝地适应环境,即从完全自动化转向安全任务共享和机器人工作区域内的直接协作。