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叶晖:工业机器人与生产的应用|V课堂第76期

第76期【智造+V课堂】分享嘉宾:ABB(中国)工程有限公司首席技术工程师叶晖, 叶总从工业机器人的典型应用场景(特别是工业机器人在汽车行业的应用)、工业机器人应用心得、方向和趋势以及工业机器人应用中出现的新挑战和新痛点三个方面带来精彩的分享。

作者:苏小静|2017-07-31 14:06

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随着经济全球化的深入,中国生产行业在国际市场中的竞争压力越来越大,而工业机器人的应用有效的满足了工业的自动化、柔性化需求,保证了产品质量,提高了生产效率,其在生产制造中占据了越来越重要的位置。第76期【智造+V课堂】分享嘉宾:ABB(中国)工程有限公司首席技术工程师叶晖, 叶总从工业机器人的典型应用场景(特别是工业机器人在汽车行业的应用)、工业机器人应用心得、方向和趋势以及工业机器人应用中出现的新挑战和新痛点三个方面带来精彩的分享。

一、嘉宾介绍

叶 晖

ABB(中国)工程有限公司首席技术工程师  叶晖

1. 主要经历 

  • 曾任职于东风本田发动机有限公司和西门子公司
  • 现就职于ABB(中国)工程有限公司,担任首席技术工程师

2. 擅长领域 

  • 精通发动机生产线相关设备的保养与维护,包括数控机床、压铸机、检漏仪、拉床、淬火机,伺服拧紧机等
  • 精通对机电一体化相关器件的使用

二、分享主题

《工业机器人与生产应用》

三、分享大纲

  1. 应用工业机器人的典型应用场景
  2. 机器人应用新的趋势
  3. 工业机器人应用的新痛点—人才短缺

四、原文实录

原文实录context:

今天的分享主要介绍一下工业机器人的三个方面,第一个是机器人的应用,第二个工业机器人应用的一些心得、方向,然后工业机器人应用的一些痛点。

工业机器人

现在我们在很多领域里面都说机器人、机器人、机器人,但实际上工业机器人的定义在国际机器人联合会IFR一早就给出定义了,就是自动控制的可编程的多用途的操作机器,它可以对三个或三个以上的轴径变成控制的,我们才能够认为它是我们所说的工业机器人。

工业机器人与服务机器人

能够成批量生产的机器人有两大类,一种就是我们说的工业机器人,另外一切就是服务机器人。在图中看到左边这个就是我们通常概念上面的工业机器人,而左边我们认为是服务机器人。比如说我们扫地可以作为扫地机器人,还有专业机器人,这个是达芬奇的专门做医疗手术的机器人。

工业机器人

今天晚上我们重点论述的就是左边的工业机器人,也是我们机电内这个大类里面工业机器人最主要、最典型的一个结构的产物。机器人我估计在制造生产领域里面,是除了机床这种标准化的大型设备以外,第二大批量生产的一个机械设备了。所以在这个图里面我们能看到工业机械人用的范围是非常广泛的,是作为一个通用型的设备存在。

它跟机床很大的区别就是说机床虽然是产量非常高,但是它90%的应用可能都会在金属的加工和切削上面,而机器人应用面比机床广太多太多了。可以这么认为只要有批量生产的地方,就会有机器人使用的可能,所以机器人的应用范围有可能比机床还要广泛。

世界上第一台工业机器人

稍微介绍一下工业机器人发展的一个历史,其实一开始工业机器人它是要做UNIMATION,但是它是液压驱动的,是1961年最早的时候应用于通用汽车公司装配生产线上面用的,所用的用途就是上下料,也就是搬运的。

ABB的第一台工业机器人

这里我们来看看的ABB的第一台工业机器人的历史,当时ABB公司也买了一台,我们刚才介绍的机器人回公司去使用,但是我们会发现使用过程中它的精度没有达到我们的期望值,没有达到ABB的期望值,ABB当时就在想,ABB本身就是一个做电机驱动等等领先企业,为什么不能把液压变成电动呢?所以在这种想法驱动下,在1974年的时候就有了ABB第一台机械叫IRB6,也是第一台电机驱动的电器人的诞生,当时图中这个博士就是当年发明这个机器人的发明人。

物料搬运和机床上下料

给大家介绍一下机器人在各种领域里面的主要应用。首先在这里看到就是这个物料搬运和机床上下料,这个机器人的话,其实想象空间非常大,为什么呢?可以说只要有批量生产机床的企业都可能会用到机器人,其实现在很多机床还是人在做操作的。我们可以想想,现在一般是一个人对一台到两台机床,但如果一台机器人对三台四台机床的话,如果做这样的升级改造,这个市场都非常非常大了,而这个市场对于机器人来说还是刚刚开始,还是一个非常初步的阶段,对于机器人应用来说,所以机床行业改造是非常有潜力的,在中国。

金属的压铸

第二个领域就是金属的压铸,这个金属的压铸主要是指在铝合金和镁铝合金这些领域的,比如说现在汽车的发动机,铝合金的发动机缸体、缸盖等等这些都是普遍使用铝合金的,还有我们的笔记本,现在一般都用镁和金进行压铸成型的外壳,而且我们知道其实压铸的工作环境是非常恶劣的,在夏天随时工作温度超过50度,这种情况下其实已经没有人甚至很少人愿意在这种环境下工作了。

塑料成型

从10年前开始,其实很多工厂就开始标每台压铸机,大吨位的压铸机都会标配机器人的,我们看到的应用叫做塑料成型。机器人跟这种注塑机配合,其实也是比较广泛的应用。比如说汽车前后塑料的保险杠,机器人上下料是非常普遍的。机器人不单单可以做上下料,而且可以进行一些修边或者一些料口的剪切等等,可以起到一个完全无人化操作,在塑料这里,跟塑料注塑机的配合,这种应用也是非常广泛的。

点焊

我们看到的是点焊,工业机器人在汽车厂的应用,基本上只要汽车的四大工艺里面都会看到机器人的身影,特别是在点焊,点焊也是整个汽车厂里面使用机器人力度最高的一个车间,就是我们焊装车间。点焊使用量这么大,现在汽车厂的话,就算是换成电动车,点焊机器人的需求量也不会下降,而且会继续随着汽车的升级改造,保持一个非常大的市场占有率。

弧焊

看到了弧焊,弧焊它的应用也是非常广泛的,它只要是金属的焊接,不单单是在汽车行业,汽车里面主要是一些配套的零部件都会用到弧焊,一般的工业里面也会用到很多弧焊,比如摩托车、单车还有一些金属的床,金属的门等等这方面大批量的地方,其实弧焊的应用比点焊的应用面会更广泛,覆盖面很广泛,而且这个也是直接跟焊接质量相关的。所以弧焊其实在焊接这个领域里面,是个普及点,也是非常非常广的,在应用里面也非常成熟。

激光焊接

看到了激光焊接。激光焊接也是焊接的一种,而且比之前的点焊和弧焊都会更高端一点。因为在这种激光焊接系统里面,激光器的成本会占了绝大部分,机器人的成本可以说是微不足道的。现在其实很多汽车也大量去引用了这种激光焊接的使用,不单单在汽车,我们现在很多的手机外壳都是用不锈钢这种方式来做的,其实上面很多切割也是通过激光焊接来完成的。

涂胶

每一年产出的机器人50%都会被汽车行业消化掉了,因为一直以来汽车行业高标准化和高产能的要求,使用机器人是大量使用的,现在我们看到图像也是一种很典型的应用,大家会讨论一个车好不好,就看隔音效果和反腐性能。所以我们现在看到这张图像,那些好的车都会进行底盘的涂胶这个工艺,但是我们也会看到一般几万块的钱就不会做这个工艺了,所以我们可以看一个车好不好和高不高档,也可以看这个车底盘有没有做涂胶,在出厂的时候有没有做涂胶,也是很好的一个判断的标准。

喷涂

汽车的喷涂,还是汽车行业,我们图中看到,它这个机器人不是做喷涂的作用,而是在为在车在喷涂之前,通过这种清扫装置,把车身把它打扫干净。而且喷涂也已经100%无人化的一个流程了,一个很重要的原因为什么要机器来喷涂?

第一个,油漆非常贵。第二个,对人的伤害太大了,在喷涂过程中。第三个,需要一个非常漂亮的表面效果,所以这个必须要由机器人来做,人工的话其实很难达到机器人的效果的。

装配与拆装

大家应该了解工业机器人行业的话也知道,其实世界上机器人使用量我们有个衡量标准每万名工人有多少台机器人,这个数字最高的其实在韩国。那为什么它会这么高呢?可能跟大家想象不一样,因为我们知道韩国有两个很重要产业,一个是3C的电子产业和汽车业。在3C行业里面其实使用机器人的量是非常非常大的,在中国其实也呈现出这种特征了,因为我们知道华为、苹果等等很多电子产品在中国生产,现在在中国电子行业使用机器人的占有率正慢慢地可能会跟汽车接近。

拾取

打包

我们就看一看机器人在另外一个使用领域,我们叫做快速消费品。快速消费品里面,机器人一般承担三个作用,我们叫做PPP“三个P”。第一P叫picking,就是拾取,拾取就是说把产品放到一个容器或者准备的一个胶的托盘里面去,这个是我们实现自动化的第一步。这个已经很成功的替代人了,我们图中看到了就是这款蜘蛛形的机器人,就是把那个笔放到那个托盘里面去,这是第一步。

码垛

我们就会把产品放到箱子里面去,我们叫做Packing,这个过程里边我们就会把产品放到箱子里面,然后再留用最后一个工序。到最后环节Palletizing,就是码垛。也就是说把产品放到箱子里,箱子留到最后,再由机器人把它码成一垛垛,放在垛板上面,然后由叉车叉走,或者直接运送到商店,或者运送到仓库进行保存。所以在整个包装行业,在这个包装“三步曲”里面其实完全可以实现机器人无人化的工作。

机加工

我们再介绍一下我们看到这个机加工行业,也就是打磨。其实打磨这个应用面是非常广的,比如说我们知道的,水龙头,包括一些高尔夫的球杆,这些打磨的都是很典型的打磨产品,而且这个工作环境是非常恶劣的,其实现在找到一些有效的劳动力去做这个事情,其实也是非常难。这些人的工资现在也是非常的高了这种工人。所以这种情况下,使用机器人也是在这些行业里面非常有不一样迫切的需求,而且这些的使用率也在不断地提升。

水切割

再就是比较典型的汽车行业的应用,就是车顶棚的水切割。因为我们知道大家汽车里面的顶棚一般都是一些可燃物体来的,其实对里面我们要留意一些盒子、装把手、装灯的一些位置。这样位置一般用我们所说的激光,或者那种方式其实不合适,因为它会点着的,可以烧起来的,所以一般用水来切,这种水切割,通过高压水,混入一些金属的沙,这种方式来进行一个个切割,高压的方式,我们也叫水刀。

工业机器人其他应用

一般工业上用的话,其实有非常多的大学,包括科研机构也会购买工业机器人,因为他买工业机器人,他可以在机器人上面安装很多工具,在三维的空间里面实现很多动作,比其他的一些,它自己去做一些伺服的工作机构,对于来说容易多和简单多了,所以机器人在这些科研机构用得很多。比如说我知道的,香港大学曾经买过机器人,在它建筑系里面,用机器人来帮它把它设计的一些木家具的一些机构,通过机器人进行切割和裁剪,这些去为他们准备制作家具,制作这些木的材料的一些工具这样去使用,而且用起来效果也非常好,成本也非常低。

刚才就是我们的第一部分,给大家介绍了工业机器人在一些主要的应用领域的使用,主要是在中国方面的。下面我就想介绍一下工业机器人应用的一些新的趋势,工业机器人是一个标准的产品,但是,其实基本上工业机器人应用的都是放在了,或者跟一些非标设备组合在一起进行使用的。所以,动作机器人来说,每个应用或每个项目都是全新的,这个其实带给集成商或者系统的建造商,一个很大的挑战,就是如何在未购买设备或者在方案阶段就能够看到一个机器人的使用效果,这个对于它节约成本是非常重要的。

我们很重要就是说,作为一个工业机器人的集成商,我如何提供一个可试程度更高,更加逼真的一个效果,能够给到我们的客户,让他看到能够全面地去体会这个设计的意图和一些数据的检测,等等这些事情其实能够帮助客户更好地了解非标设备在前期方案阶段,我们就需要大量地使用很多虚拟包括,AR、VR的技术来实现的。

图里面我们能看到,这是一个工业机器人点焊的一个工作站,这个工作站是通过ABB的一套叫做RobotStudio的软件去生成的,我们看到里面的效果是栩栩如生的。如果在配上ABB现在最新的VR技术,也就可以有置身其中的一个效果去查看机器人各个方面。

工业机器人

RobotStudio这个软件提供一个快速的建模,快速构建这样工作站的一个能力,一般图中看到这个工作站可能需要大概半天的时间,只要你模型前期都准备好的话,半天时间就能够模拟一个,按照客户的需求把效果模拟出来,这样已经广泛地用于实际项目跟虚拟和仿真当中。所以,这样也是非标设备一个很重要的手段,就是前期的虚拟仿真已经是必不可少。

给大家介绍一下这套软件跟机器人的关系。在左边的我们知道硬件就是机器人的本体变位机、导轨,再加上控制它的控制器。而右边的话我们RobotStudio的软件,其实也跟在电脑构建一个虚拟的控制器和虚拟的工作站,然后通过里面的编程和仿真再验证,同时如果这个项目真的要执行的话,也可以把里面验证的程序,包括参数设定,直接传送到机器人控制器里面去实现真正的生产。

同时,最右边你们看到我们现在这套软件已经支持VR跟AR的技术了,所以已经提供了一个全方位的体验,它这个仿真效果是非常非常好,基本上看过的人都会惊叹它的这个仿真效果。

软件还有一个很全面的功能,它是围绕着一个非标设备制造的整个流程进行功能的支持,从方案设计开始到指标的评估,到编程测试到部署、调式,到使用过程中的联网与监控,这套软件都能够提供相关的支持,可以说这是全方位的功能软件。这套软件是一个非常有平台,支持大量的二次开发,这样为我们实现工业机器人应用的多样性也提供了可能。

对这刚才全流程的设计进行详细讲解,一开始的时候,我们就进行方案设计,通过这套软件,我们能够把设计图纸上面所画的2D图纸或者三维模型通过动画的形式进行3D的呈现,而且可以制作非常细致的3D动画,而且是高清晰度的。这样可以让客户,包括一些可能不懂设备,只是懂工艺的或者只是一些管理岗位的领导也能够很容易、很清晰的了解到底这个项目建成以后是怎么一个效果,能够很好的建立他们的信心,促成他们的成交,大大减少他们决策需要考虑的时间。

指标评估的过程,我们也通过这个软件可以实时的去进行一个节拍的评估,因为使用机器人的话,必然对机器人的节拍和开动率等等这些是非常关注的因素。这套软件的一个特点它能够百分之一百的去仿真真实的工作效果,就是所见即所得因为它在软件里面就内置了一个虚拟的控制器,这跟真实的控制器的性能是一模一样的。所以你看的不是一个普普通通的动画让机器人动,而是真实的是通过机器人的控制器,通过它里面算法得出的一个结果,跟真实基本上是非常吻合和准确的。

调试的过程中,我们通过这套软件可以创建我们机器人要用的工具和夹具进行编程和调试,可以创建很多动画真实的效果,包括一些IO信号的分析,包括一些界面的设计,在编程测试的过程中能够很快速地去完成这样的调试工作。我们使用这个软件就进行系统的安装管理,包括对机器人的编程,安全的设计和系统的配置等等,就在部署的过程中就能做了,而且操作过程也非常非常的简单。在这个过程中是全中文的,并且引导和这些功能的设置都非常的完善,大大减轻了调试工程师和做部署时候的时间和效率。调试阶段的时候我们也非常方便的通过提前跟Robot Studio这套软件的联机,实时的对所编的程序进行调整,而且快速的进行同步,对于操作都是非常方便的,这样子的话也大大提升了调试的效率。

现在的生产中,我们知道机器人在工厂里面并不是单独存在的。现在越来越多的企业为了管理上的需要和品质上的追求,其实MES系统的使用,还有对接在上层的ERP等等这些对接的话,也是越来越普遍了。所以这套软件提供这样的接口能够把所有机器人的信息汇总以后,再跟上层的MES甚至到ERP进行通讯,来实现整个工厂的IT化的,工业IT的管理过程都是能够参与进去的。

大家在这里看到的话就是Robot Studio,这套软件一些最有特征的一些功能,这些功能的话都是非常实用的,这是给大家一个参考。现在还有一个杀手锏的功能就是支持VR,如果大家有体验过VR的话,大家也知道,其实VR给到人的一个真实感是非常好的。如果配上Robot Studio的话,你甚至可以在Robot Studio创建的一些工作场景里面自由的走来走去,从不同的角度、不同的方位去观察这个工作站,你说这种效果是不是很赞?肯定会让你一看难忘。

这个就是我们VR的一个场景,我们就可以拿着VR配套的手笔在虚拟环境里面对机器人进行拖拉、编程、调试。所以这个的话我们就完全可以脱离硬件的环境进行这些工作了。这个是工作方式全新的一个领域,所以这个也是非常值得大家去期待和体验的。

再先进技术的开发和技术的使用的话,讲到最后也离不开使用的人,所以机器人这几年在中国快速发展,其实带给我们最大的挑战并不是技术上的障碍,而是懂得用机器人、用好机器人能够对工业机器人进行二次开发,并且设计、使用、应用的人才非常的紧缺。其实作为ABB公司,它一早就意识到这个问题,几乎是10年前就开始了对人才储备,包括人才培养,培养中国的工业机器人应用人才这方面已经做好了这样的准备。

ABB在做人才需求分析的时候,我们会发现,首先我们要找出在整个工业机器人,也就是非标相关的一些设备集成商上面到底岗位是怎么样的?我们根据他所需要的岗位链条,我们列出了这样闭环的人员,从销售一直到管理,到底哪位个岗位需要怎么样的机器人人才,需要怎么样的集成知识。

最后我们也发现了,作为集成厂商需要的人才是不多的,更多的是我们系统集成商和应用企业里面需要大量的工业机器人人才。同时我们对不同层级机器人应用的人才也进行了一个金字塔型的分析,其实最底层的话我们在操作、维护、安装、调试这样的人才是非常急缺的。然后就是我们方案设计,再是系统集成和应用的开发,这种人的话其实在数量上来说,是越来越少的,就呈现了一个金字塔这样的人才的分布。所以这也是应用型人才培养的定位,现阶段我们集中在高级技师,也就是操作、安装、和方案设计下面三层上面集中力量去解决这个问题,然后把基础夯实了以后再去做上层建设的构建。

我们机器人专业的,我们建立了一个关于工业机器人的能力的模型,也就是说,要达到技术员的水平、工程师甚至专家,我们应该具备怎么样的能力。在这里的话我们也做了这样一个分析,为我们培养目标和培养课程计划作出详细的规划。

人才的培养必然离不开我们的教材,所以我们这么多年以来,我们已经开发出大量的围绕工业机器人应用的教材,跟学校去合作一起开发,而且现在也是获得一个非常好的销量得到了社会的认可。这相关的书籍如果大家感兴趣的话,可以上当当网、京东网、亚马逊,只要搜索相关的名字都可以找到,今年的话我们正在开发一本《故障诊断与维护》的教材,对学校的教材来的,今年之内就会推出。我们也配套了大量的工业机器人应用的视频和一些教学资源,在网上也非常容易获得。

这个视频已经超过了有3万学员进行学习了在全中国,而且也得到他们一致的认可,而且使用起来非常方便,通过微信点击里面的链接都可以进行一个学习,而且可以缓冲到手机里面进行学习,那就非常的方便了。这样我们也是不遗余力的全方位的打造一个机器人资源库,这样尽量帮助中国工业机器人应用人才的快速成长,提供一个更便捷的手段。

刚才提到的那些资源包括教材,包括在线资源,可以点击这个二维码,然后长按识别,进入公众号里面,所有的课程等等,都可以在里面直接看到,希望对大家了解我们工业机器人这个行业有所帮助。江苏省其实APP已经跟学校展开全方面、全方位的一个合作,包括师资的培训、学生的培养等等这方面。其中跟APP有深入的合作的关系在校区合作方面,在南京有南京信息职业技术学院、南京工业职业技术学院,包括常州的轻工职业技术学院、常州机电职业技术学院,还有在淮安、还有盐城、包括还有很多苏州这些主要的工业城市,包括无锡,这些学校里面的APP,也是在积极跟学校展开合作,这样务求了尽量能够的服务于江苏制造业的发展。

一小时里面给大家分享了工业机器人的应用,工业机器人的一些最新的虚拟仿真的技术,包括工业机器人人才培养和资源的怎么去获得。希望刚才的内容对大家有所帮助,我在这里也只是抛砖引玉,希望大家多提宝贵意见,能够一起出现这整个工业机器人在中国、在江苏的应用,用的更好,谢谢大家。

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