人機(jī)協(xié)作走出護(hù)欄，智能制造全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)已現(xiàn)雛形

參展規(guī)模和專(zhuān)業(yè)觀眾數(shù)量均創(chuàng)歷史新高的第20屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)在國(guó)家會(huì)展中心（上海）圓滿落幕。本屆工博會(huì)共吸引境內(nèi)外專(zhuān)業(yè)觀眾17.4萬(wàn)人次，較去年同期增長(zhǎng)3.6%。澎湃新聞（www.thepaper.cn）在本屆工博會(huì)上看到，人機(jī)協(xié)作、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別、定制化柔性生產(chǎn)、工業(yè)互聯(lián)成為關(guān)鍵詞。

隨著電子行業(yè)市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)，與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比個(gè)頭和載荷更小、精度更高的人機(jī)協(xié)作型機(jī)器人在本屆工博會(huì)上持續(xù)升溫、新品頗多。帶有機(jī)器視覺(jué)功能以實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)品的合格率，成為此類(lèi)機(jī)器人的標(biāo)配。依靠壓力和電流感知，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人可以在接觸到人類(lèi)時(shí)自動(dòng)停止工作，這令它們擺脫了傳統(tǒng)生產(chǎn)車(chē)間里用于人機(jī)隔離、保護(hù)工人的護(hù)欄，也不必再刷上醒目的色彩用于警示。小批量、個(gè)性化生產(chǎn)需求的涌現(xiàn)和擴(kuò)大，令制造業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式與組織管理形式面臨新的變革。本屆工博會(huì)上，與未來(lái)數(shù)字化工廠有關(guān)的智能制造場(chǎng)景和應(yīng)用正在成為可觸碰、可驗(yàn)證的現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)，從虛擬仿真到智能制造工作站，再到工業(yè)數(shù)據(jù)的云端信息交流，一切都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)進(jìn)行，最大程度縮短停機(jī)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率。

機(jī)器人展館：走出護(hù)欄的人機(jī)協(xié)作

人機(jī)共舞的工業(yè)機(jī)器人展館，是工博會(huì)最熱鬧的區(qū)域之一。各大機(jī)器人廠商紛紛把自家的招牌產(chǎn)品，乃至整條流水線頒上展臺(tái)，以顯示智能制造的力量。位于行業(yè)第一陣列、被稱(chēng)為“機(jī)器人四大家族”的發(fā)那科（FANUC）、安川電機(jī)（Yaskawa）、ABB和庫(kù)卡（KUKA）是本屆工博會(huì)的最大亮點(diǎn)之一。

盡管絕大多數(shù)機(jī)械臂仍在圍欄乃至玻璃柜里工作，但相當(dāng)一部分機(jī)械臂已經(jīng)可以走出隔離區(qū)域，充分與觀眾互動(dòng)。人機(jī)協(xié)作的大趨勢(shì)，或許是對(duì)“機(jī)器威脅論”的最好回?fù)簟?/p>

世界四大機(jī)器人公司之一的庫(kù)卡（KUKA）此次帶來(lái)的新品，就是輕型機(jī)械人LBR iisy?？偛课挥趭W格斯堡的庫(kù)卡曾是德國(guó)的國(guó)民品牌，美的集團(tuán)于2017年1月斥資37億歐元完成收購(gòu)。

KUKA六軸協(xié)作機(jī)器人LBR iisy

iisy可以按要求從盒中揀出不同牌子的餅干，并輕輕放置在指定的方框中。這吸引了不少參會(huì)觀眾駐足，在一旁放置的pad上點(diǎn)擊“下單”。只要在桌上劃定的圓圈范圍內(nèi)，不管餅干盒和方框被移動(dòng)到何處，機(jī)械臂都能精準(zhǔn)裝載后卸載。

該六軸協(xié)作機(jī)器人重18.8千克，伸臂范圍600毫米，有效載荷為3千克。庫(kù)卡工作人員告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），機(jī)器人的每個(gè)軸上都安裝了傳感器，一旦在工作中觸碰到阻力，就會(huì)輕輕彈開(kāi)。此外，傳感器可以記錄壓力的變化，在人類(lèi)的牽引下學(xué)習(xí)一套工作路線。

LBR iisy將于2019年正式進(jìn)入市場(chǎng)。這種用戶友好度高的輕型機(jī)器人可以適應(yīng)狹窄空間內(nèi)的人機(jī)協(xié)作，并且?guī)椭皇苓^(guò)少量培訓(xùn)的半熟練人員，避免面對(duì)復(fù)雜編程手忙腳亂的情況。開(kāi)放、非結(jié)構(gòu)化和充滿變數(shù)的環(huán)境，最能展現(xiàn)LBR iisy的游刃有余。

ABB的緊湊型協(xié)作機(jī)器人單臂YuMi也在工博會(huì)上完成了中國(guó)首秀。它與雙臂YuMi具備相同的安全性、精度和易用性，并進(jìn)一步提升柔性，可滿足多品種、小批量、短節(jié)拍的生產(chǎn)需求。

ABB YuMi單臂機(jī)器人

發(fā)那科（FANUC）公司則展示了一款無(wú)護(hù)欄的汽車(chē)擋風(fēng)玻璃涂膠機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)DCS功能和區(qū)域傳感器的組合，實(shí)現(xiàn)高速工作模式與協(xié)同工作模式的自動(dòng)切換。

該機(jī)器人系統(tǒng)具有觸碰停止和退避動(dòng)作功能，充分保證協(xié)作人員的安全。

除了小巧靈活的機(jī)械臂，“大塊頭”也能參與人機(jī)協(xié)作。中科新松有限公司的“新松HSCR20復(fù)合機(jī)器人”摘得了此次的工業(yè)設(shè)計(jì)金獎(jiǎng)。這是一款擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球最大負(fù)載級(jí)人機(jī)協(xié)作型移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人，采用輪廓導(dǎo)航方式，導(dǎo)航精度達(dá)到±10mm；采用6軸20公斤大負(fù)載機(jī)械臂，精度高達(dá)±0.05mm，且具備牽引示教功能。

包括手動(dòng)牽引在內(nèi)的機(jī)器示教是人機(jī)協(xié)作的重要方式之一，日本不二越株式會(huì)社（NACHI）以一種更生動(dòng)的方式讓觀眾“隔空”示教：觀眾拿起手中的畫(huà)筆在玻璃板上涂寫(xiě)，玻璃板對(duì)面的機(jī)器人同樣舉著畫(huà)筆，模仿人類(lèi)畫(huà)畫(huà)。

NACHI機(jī)器人

NACHI工作人員表示，這些示教動(dòng)作與軌跡會(huì)被計(jì)算機(jī)記錄，并復(fù)制到旁邊的一臺(tái)拋光機(jī)器人上，以實(shí)現(xiàn)一些更精細(xì)、更復(fù)雜的機(jī)器拋光。

對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，視覺(jué)不僅能幫助人機(jī)協(xié)作，更是所有智能生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要“感官”。其中，3D視覺(jué)系統(tǒng)就像是人的眼睛，除了看到物體之外，還可以得到多維信息。3D視覺(jué)可以適應(yīng)散亂無(wú)序環(huán)境中的定位，對(duì)復(fù)雜物體進(jìn)行立體識(shí)別和快速抓取。

發(fā)那科展示的高速視覺(jué)分揀陣列系統(tǒng)，能迅速將方形和圓形餅干分揀，速度令人眩目；最新款緊湊型SCARA機(jī)器恩同樣能對(duì)紅黃雙色球?qū)崿F(xiàn)高速準(zhǔn)確的拾取和放置。

發(fā)那科高速視覺(jué)分揀整列系統(tǒng)和最新款SCARA機(jī)器人

此外，發(fā)那科還將一條雙色杯注塑包裝智能流水線搬上展臺(tái)，觀眾通過(guò)微信下單后，數(shù)臺(tái)機(jī)器人在各自工位各司其職，相互協(xié)作，配合智能拆垛，AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)）搬運(yùn)，最終完成定制化商品，宛如一個(gè)微型的智能工廠。整個(gè)迷你工廠采用可視化管理。

ABB還展示了基于3D視覺(jué)技術(shù)的質(zhì)量檢驗(yàn)，可以檢測(cè)出微小的缺陷，代替低效、易錯(cuò)的人工離線質(zhì)量檢驗(yàn)。這在多品種、小批量的制造環(huán)境中尤其重要。ABB認(rèn)為，通過(guò)使質(zhì)檢工序數(shù)字化，企業(yè)能夠?qū)ιa(chǎn)零件進(jìn)行100%檢驗(yàn)，確保零缺陷。

未來(lái)工廠：智能制造全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)雛形已現(xiàn)

智能制造、互聯(lián)工廠與數(shù)字化理念，在本屆工博會(huì)的自動(dòng)化展館有著淋漓盡致的體現(xiàn)。

未來(lái)手機(jī)如何裝配？德國(guó)西門(mén)子公司展出的與博眾精工聯(lián)合開(kāi)發(fā)的手機(jī)裝配線，通過(guò)數(shù)字化雙胞胎技術(shù)達(dá)到虛實(shí)結(jié)合的效果，實(shí)現(xiàn)事半功倍。在虛擬世界中完整地模擬出設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)制造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程，并且在模擬過(guò)程中不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，可以減少物理調(diào)整時(shí)間。比如，在該案例中，在正式投產(chǎn)前進(jìn)行虛擬仿真，令產(chǎn)線調(diào)校的時(shí)間縮短了一半。生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)連接西門(mén)子工業(yè)云MindSphere實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性系統(tǒng)維護(hù)和更多的遠(yuǎn)程服務(wù)。

西門(mén)子、博眾精工裝配線

由日本三菱電機(jī)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的智能制造解決方案e-F@ctory，獲得了本屆工博會(huì)金獎(jiǎng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的“全面成本降低”，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和信息系統(tǒng)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)貫穿開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)的全生命周期“人、機(jī)器與IT”的有效管理。

在三菱電機(jī)展臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)澎湃新聞介紹稱(chēng)，e-F@ctory源自該公司設(shè)計(jì)的一套概念，從2003年開(kāi)始在三菱電機(jī)內(nèi)部工廠進(jìn)行試驗(yàn)，目前已升級(jí)到第四代，從最初以節(jié)能減排、提高效率為主要功能的方案逐漸演變?yōu)榘óa(chǎn)線布局、生產(chǎn)技術(shù)、場(chǎng)內(nèi)物流在內(nèi)的整體規(guī)劃。鑒于工業(yè)用戶的數(shù)據(jù)敏感性，e-F@ctory可以部署在公有云，也可以進(jìn)行本地部署。目前，三菱電機(jī)以咨詢公司的身份，為有意規(guī)劃數(shù)字化工廠的客戶設(shè)計(jì)3-5年的分布實(shí)施路線圖。

在傳統(tǒng)制造中，一條產(chǎn)線只生產(chǎn)一個(gè)規(guī)格的產(chǎn)品，但多樣化、小規(guī)模定制產(chǎn)品的出現(xiàn)對(duì)產(chǎn)線的靈活性提出挑戰(zhàn)：如何根據(jù)訂單要求不同，同時(shí)生產(chǎn)不同產(chǎn)品，又要保持成本與批量生產(chǎn)時(shí)相類(lèi)似？在奧地利貝加萊公司展臺(tái)，兩條柔性輸送系統(tǒng)作出了演示。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，此次展出的柔性輸送系統(tǒng)ACOSPOStrak，其分流與匯流的能力令產(chǎn)線組織更為靈活多變，將大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性延伸至批量為1生產(chǎn)。比如三種不同顏色的果汁從不同的產(chǎn)線生產(chǎn)出來(lái)，可以根據(jù)需要設(shè)定組合方式，進(jìn)入ACOPOStrak匯流后，可以包裝為3種不同顏色為一盒的組合，也可以是2+1的組合。

貝加萊展示的另一條柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)SuperTrak

德國(guó)博世集團(tuán)旗下的博世力士樂(lè)公司，是德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略的重要發(fā)起者之一。博世力士樂(lè)公司在今年工博會(huì)上展出了一款可移動(dòng)式的人機(jī)協(xié)作機(jī)械臂。據(jù)博世力士樂(lè)液壓及自動(dòng)化有限公司工作人員介紹，傳統(tǒng)機(jī)器人在工廠布局結(jié)束之后很難移動(dòng)，該公司展出的APAS人機(jī)協(xié)作智能系統(tǒng)是移動(dòng)式的，在一些生產(chǎn)節(jié)拍不是很高的地方，一臺(tái)機(jī)器人可以適用于幾個(gè)工作站或者幾條產(chǎn)線來(lái)降低成本，并且通過(guò)重新布局，可以快速適應(yīng)新產(chǎn)品的要求。

該工作人員稱(chēng)，大多數(shù)人機(jī)協(xié)作機(jī)器人通過(guò)電流感應(yīng)，也就是說(shuō)，要等到碰到人之后機(jī)械臂才能感應(yīng)到并停下工作。“但有時(shí)候它已經(jīng)對(duì)人造成損傷。APAS人機(jī)協(xié)作機(jī)器人在工人靠近到一定距離之內(nèi)就能感應(yīng)到，比如距離30厘米之內(nèi)就會(huì)自動(dòng)停止動(dòng)作。這樣完全不會(huì)對(duì)人工造成損傷，這款技術(shù)是博世獨(dú)有的。除此之外，三個(gè)夾爪當(dāng)中配有攝像頭，抓取物品的同時(shí)會(huì)進(jìn)行圖像識(shí)別，來(lái)判斷產(chǎn)品是否合格?！?/p>

APAS人機(jī)協(xié)作智能系統(tǒng)，機(jī)械臂來(lái)自發(fā)那科，博世力士樂(lè)在此基礎(chǔ)上集成了感應(yīng)系統(tǒng)和視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)在自動(dòng)化展區(qū)逛一圈下來(lái)，可以大致勾勒未來(lái)互聯(lián)工廠的圖景：生產(chǎn)線上任何功能設(shè)置和調(diào)整都可以事先在虛擬仿真中進(jìn)行測(cè)試，如果測(cè)試成功，就能快速無(wú)縫地在實(shí)際生產(chǎn)線上投入應(yīng)用?！耙圆蛔儜?yīng)萬(wàn)變”的靈活產(chǎn)線即便要進(jìn)行大規(guī)模重構(gòu)也十分便利，通過(guò)快速編程和新功能虛擬測(cè)試，可以將新模塊快速集成到實(shí)際生產(chǎn)線上。最重要的是，有了開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，上述過(guò)程將變得十分便利。

在互聯(lián)工業(yè)時(shí)代，每個(gè)產(chǎn)品都帶有一個(gè)“身份證”，可以告知每個(gè)工作站應(yīng)該做什么。與該產(chǎn)品有關(guān)的能耗、耗材和質(zhì)量數(shù)據(jù)，都記錄在“身份證”上。這些信息在云端實(shí)時(shí)流動(dòng)，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自主化、智能化。一旦出現(xiàn)任何隱患和問(wèn)題，系統(tǒng)能很快識(shí)別問(wèn)題原因并給出解決方案。

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