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协作机器人新品井喷,5g将重塑工业生产格局
作者: 佚名 时间:2019-9-24文章来源:新浪网访问量:1163

原标题:协作新品井喷,5g将重塑工业生产格局 来源:澎湃新闻

以“智能、互联——赋能产业新发展”为主题的第21届中国国际工业博览会于9月21日圆满落幕。作为全球制造业技术发展的“风向标”之一,每年9月举办的中国工博会已成为中国工业与世界工业交流交往交融的最佳平台,也为观察制造业的新趋势、新业态提供了窗口。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)在本届工博会上观察到,人机协作在智能制造、数字化工厂中扮演着日益重要的作用。作为人机协作的典型场景,块头虽小、在视觉识别上更为机敏的协作机器人越来越多地成为传统大型工业机器人的有益补充。协作机器人专为与人类共同工作并执行任务而设计,国内外多家工业机器人生产商均在今年工博会上展示了最新一代协作机器人产品,新品数量超过往届。

中国工业机器人市场销量在去年首次出现下滑,但这丝毫不影响国内外机器人企业对中国市场前景的判断。针对工业机器人市场的疲软态势,工博会期间接受澎湃新闻采访的机器人企业均表示,所谓的行业“寒冬”只是暂时性现象。

在工业自动化展区,更智能、更透明、更安全的“未来工厂”越来越具象化。除了人们司空见惯的人工智能、边缘计算、工业云、柔性制造等概念外,“5g+工业”成为本届工博会上颇为常见的词汇,是有别于往年的最大亮点。虽然工业5g距离落地仍长路漫漫,但已不再是一句空口号,多家自动化厂商与合作伙伴启动探索。

小块头做大文章:协作机器人的井喷式发展

传统的工业机器人可能在人们心中呈现出庞大的形象。在以往一些机器人展览上,总是不乏秀肌肉的“大块头”,甚至用大型机械臂抓举整车来抢镜头。

在本届工博会人头攒动的机器人展馆,澎湃新闻记者却观察到小型轻量化机器人展品呈现井喷式发展,多家国内企业就完成了相关产品的首发首秀。它们以协作机器人为典型代表,个头虽小,力气也不差,擅长螺狮壳里做道场,在生产制造过程中表现出良好的柔性和协作性。

为了更好地与人类打配合,这些小机器人通常都配置了创新性的感知技术,保障使用安全,降低上手门槛。

上海非夕机器人科技有限公司推出的首个自适应机器人产品“拂晓”采用独特关节机构设计、底层控制架构、独具专利性的力觉传感和力控技术及层级式智能,相比起传统机器人的位置控制更为精确,且具有可迁移性。在展台上,非夕特意安排机器人进行按摩、拳击等拟人化表演,凸显技术在各类应用场景中的通用性。

苏州艾利特机器人首秀的六关节机器人则具有轻松编程、快速安装和设置、重新部署灵活的特点,机械臂有反向驱动功能,可以直接牵引机械臂编程示教。通过设置安全参数,机器人经过安全评估可在不增加安全围栏条件下满足人机协作的应用需求。

非夕机器人的“拂晓”自适应7轴机器人正在和人类打拳击

相比传统的大块头,这些灵活而精准的机器人做“绣花活”的优势不言而喻,尤其适用于3c等行业。3c产品迅速的更新换代,为协作机器人市场快速发展注入了强劲动力。

另一方面,协作机器人块头虽然偏小,却不影响它们“挑大梁”。本届工博会期间,全球最大协作机器人供应商优傲(universal robots)首发了一款有效载荷高达16公斤的ur16e,刷新协作机器人的负载纪录。

优傲首发有效载荷达到16公斤的协作机器人

它的占地面积小,半径为900毫米,重复精度为+/- 0.05毫米,尤其适合执行一些高负重的自动化任务,如重型物料处理、重型零件搬运和机床管理。在不损失精度的情况下,机器人可避免人工搬运重物时的受伤和劳损。

优傲机器人在拧螺丝过程中遇到手掌停止

协作机器人的发展或许是对“机器威胁论”最好的回击。它在设计理念上就以人为中心,作为一台精致的工具,致力于替代或枯燥或危险的人工,实现1+1>;2的价值加成。

机器人领域的“仿生专家”德国费斯托(festo)公司今年带来了最新的仿生柔性手研发成果。柔性手没有骨骼,通过手指内的气动结构控制动作,总共可实现12个自由度。具体来说,它通过充气和排气的过程来实现手指的弯曲,拇指和食指额外增加横向摆动模块。

festo仿生柔性手正在感知并模仿人类的动作

“可以说,小型化确实是一个趋势,当然也不是所有行业都需要小型化。其实未来的协作机器人,它所考虑的更多是如何安全容易的进行协作。” 费斯托(中国)有限公司大中华区产品和技术支持总监王睿说道。

王睿曾经接到一家做强电设备的厂商的电话,对接有关强电测试连接动作的需求。这些动作由人工操作非常危险,传统的机械抓手功能上又不够丰富,无法满足需求。“于是他提出一个设想,能不能用我们的手臂加上仿生手来完成一些危险操作。我想这个案例诠释了以后协作仿生机器人的一个应用场景:代替人类在一些危险环境做一些必须用人手来完成的工作。”

在abb集团的展台上,我们看到了小型协作机器人的一项有趣而接地气的应用设想。说起小型机器人,这家名列“四大机器人巨头之一”的瑞士企业与上海渊源颇深。10年前,abb在上海开发出首款小型机器人“中国龙”;10年后,他们在工博会上展示用小型机器人解决上海市民时下关心的垃圾分类问题。

澎湃新闻记者看到,两台灵巧的yumi机械臂将一股脑儿倾倒在传送带上的矿泉水瓶、可乐罐、药品包装、香蕉、面包片等垃圾分拣入四个垃圾分类桶。虽然它们的视觉识别依然有些笨拙,时不时出现“漏网之鱼”,但技术人员介绍道,这只是数百个样本的初步训练成果。垃圾分类机器人,更多展现的是未来小型协作机器人的潜力:在快速发展的社会中,只有人类想不到的新奇应用,没有机器人帮不上的忙。

“变化构成了我们整个的市场驱动力。今天我们在市场上几乎所有的行业都看到了小批量和多品种的生产趋势,生命周期不断缩短,我们把它叫做大规模定制。它影响着我们日常的生活,每个人都是参与者。” abb机器人市场与销售全球负责人史蒂文·沃特(steven wyat)分析道。“我们的产品需要更多的柔性,需要满足客户的自定义要求,我们也需要提升生产效率和产品质量。”

有行业统计数据显示,自2015年以来,全球协作机器人市场规模年均增速在50%以上,大大高于传统工业机器人行业的增速。截至2018年,包括双臂协作机器人、小型协作机器人等类型的协作机器人产品的全球总销量约2.2万台,较2017年同比增长33.3%,较2015年增长了340.0%。

预计到2020年,这一数字将突破5万台,中国市场将占到其中约四分之一。

优傲的发展历程颇能反映出协作机器人市场的快速变迁。这家2005年成立的丹麦企业是全球最早专注于协作机器人的公司之一,在寂寂无闻多年后,终于在2013年后实现质的飞跃。目前,优傲占据全球协作机器人市场份额近60%,稳坐行业领头羊地位。

优傲总裁尤尔根·冯·霍伦(jürgen von hollen)认为,颠覆性的创新技术往往都具备这样的发展特征。“之前没有人知道协作机器人的价值,直到现在,我们还有80%至90%的潜在用户从未听说过协作机器人,这是我们继续发展的最大挑战。”他说道。“我们希望,协作机器人作为一种产业工具,未来能像个人电脑一样方便购置。”

工业机器人销量现拐点?中国市场前景光明

“从未听说过”协作机器人的广大潜在用户,其实暗示着这一市场领域的宽阔渗透空间。这对于持续多年高速增长后刚刚出现销量拐点的中国工业机器人市场,也富有启发价值。

在本届工博会期间,多家机器人企业在接受澎湃新闻采访时表示,中国市场仍有很高的增长潜力,尤其体现在各类具体场景、工艺的需求上。

优傲机器人贸易(上海)有限公司中国区销售总监田玮判断,尽管遭遇一些宏观因素上的逆风,但优傲今年在中国市场依然有望达成50%以上的销售增长目标。“我认为销量下滑是暂时性的。从机器人的工业渗透率,即每万名工人使用机器人的数量来看,中国相比起世界前端水平还有很大差距。”

本届工博会首发“高负载冠军”机器人的库卡公司(kuka)将继续着重传统工业机器人的改进和延伸。这家德国国民机器人品牌在2017年被收购。库卡中国区全产品线经理郝文斌认为,还有许多中国客户的需求没有得到充分满足,尤其是一些具体的应用工艺尚未被覆盖到。中国工业机器人市场今年的销量可能不会迅速反弹,但前景依然良好。

库卡未来将考虑向更多汽车整车以外的新场景扩展。此次库卡展台就重点介绍了机器人智能制鞋产线,从鞋底上料、鞋底喷胶到绑鞋带、蒸湿入楦等16个制造环节,机器人都可大幅改善工作环境,在帮助工人隔绝有毒害物质的同时提高40%的生产效率。

库卡自动鞋底涂胶生产工位

mir自主移动机器人中国区销售副总裁 emil hauch jensen也注意到去年一般行业工业机器人销量出现了下行趋势。“但我们所处的是一个全新的细分领域,所以我们增长的速度非常快,主要来自汽车、电子、医疗等行业。这些行业即使在减少购买一般工业机器人的时候,仍然需要进一步实现高效的自动化。”

“我们觉得销量和产量的下降是短暂的。中国是制造业大国,要向制造业的强国转变,肯定需要不断的投入。我们需要提升智能化水平、数字化水平,更重要的是提升竞争力。我们现在面临的问题是劳动力短缺、人口老化,跟以前不一样。” abb中国机器人业务负责人李刚说道:“我相信中国那么大一个市场,这些基本面没有改变,从长期来讲我们一定看好中国的发展。”

数字孪生成多数展商标配,工业5g概念升温

abb集团看好中国市场的一个缩影,是其位于上海的机器人新工厂和研发基地在工博会前夕破土动工。新工厂预计将于2021年投入运营,总投资额达1.5亿美元(约10亿元人民币),建成后将成为abb全球最大机器人生产基地。

在本届工博会上,澎湃新闻记者看到了上述“未来工厂”的迷你简化版本——由五台机器人接力完成定制手表的装配。记者在平板电脑界面上选定个性化表带后,一台scara机器人在“仓库”中选择手表表面和正确的表带,通过柔性电驱输送系统运送给双臂协作机器人yumi,后者轻松将表带的一端插入表带扣中并调整组装,完成后将手表传送给第二台负责叠纸盒包装产品的yumi。在下一个工作站,两台小型工业机器人分别完成产品的递送和喷印定制信息。下单三分钟后,记者拿到了定制化手表。

abb手表装配未来工厂演示站下单界面

协作机器人yumi装配手表

上述展示单元中,操作人员通过数字孪生技术反馈的数据信息了解订单进度和机器人状态。

在虚拟世界中完整地模拟出设备的设计、生产制造和运营维护过程,通过建模仿真优化设计运行,以减少物理调试时间、节约大量材料测试成本——这种被称为数字孪生或是数字化双胞胎的技术近年来成为自动化领域的潮流所向,在今年工博会上变得更为常见。其实,生产制造中的仿真技术并不新奇,但随着数字化不断渗透进制造的全生命周期,数字孪生应运而生,物理世界所投射出的数字世界产生了更丰富的数据融合及数据分析价值。

西门子展出的虚拟产线

同样在工博会上展示数字化定制单元的还有施耐德电气。在一条数字化饮料定制生产线前,观众可通过手机现场定制不同配方、口味各异的饮料,并追踪生产数据和能源消耗数据。据现场工作人员介绍,该生产线不仅可以实现灵活排产、订单管理、定制化生产、配方管理,还能够进行订单追踪、电子批记录、绩效评估、能源管理、cip在线清洗、设备全生命周期管理等功能。

今年6月,我国5g牌照正式发放,这使我国成为全球首批提供5g商用服务的国家之一。业界普遍认为,相比于商业领域,5g的大带宽、广连接和低时延特点对工业领域的推动作用更大。

5g如何重塑工业格局?在本届工博会上,可一窥真容。

“我们今天所看到的5g大部分都是用于商业,5g要从商业走到工业还需要一定的时间。”西门子(中国)有限公司数字化工业集团副总裁兼过程自动化部总经理姚峻在采访中表示,工业5g主要有三个特点:宽带、传输信息量大、延迟短,5g要真正应用于工业还须满足非常高的要求,需要一定的时间来研发。“西门子在欧洲也加入了工业5g的研发协会,主要的研发在欧洲总部。虽然有很多产品适用于工业5g的要求,但还需要很长一段时间进行实验室和现场测试。我觉得工业5g一定会到来,而且会改变今天所有工业生产的格局,但是没有那么快。”

澎湃新闻记者在西门子站台上了解到,该公司正在通过探索边缘计算、人工智能、增材制造和工业5g等技术与产品组合的融合,从工业数据中挖掘更多价值。

业内人士分析,对于工业应用而言,传统的无线通讯技术在数据传输上始终有两个关键问题未能很好解决:一个是能够帮助系统承载传输的高速率、大带宽;另一个就是为了实现设备间互操作而应具备的数据通讯的实时确定性。

5g 无线通讯技术,是同时化解上述难题的新钥匙。除了建立更高性能的“对话通道”之外,5g可令工业运营更安全,亦可实现即时诊断故障的模式。

本届工博会上,德国倍福自动化有限公司与华为x-labs合作搭建的5g无线传输技术,展示了智能设备、工业自动化设备之间如何通过5g无线技术进行实时数据传输和实时设备控制。据现场工作人员介绍,5g无线传输技术具备高网速( 最快可达每秒10g的数据传输)、大带宽(满足海量设备接入)、低延时(站点间小于1ms延时,同步精度达到100ns,抖动小于100ns)、高可靠(稳定性可达到99.999%)、低功耗等优势,可以满足工业自动化应用需求。“实时控制和实时响应上可以做到更高的精度,包括摄像头数据的实时呈现。”

德国倍福与华为合作搭建的5g无线传输技术

除工业自动化厂商外,国内三大运营商也在工博会现场展示了5g在工业领域的最新应用成果。比如,展示了基于双机械臂构建5g数字孪生应用场景,中国移动联合上海烟草机械有限责任公司和华为公司共同打造的5g+智慧工厂项目等。

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