KUKA機器人有限公司機床行業(yè)經(jīng)理Winfried Geiger

作為全球領(lǐng)先的智能化解決方案提供商，KUKA在汽車(chē)、電子、消費品、金屬制品、物流/電子商務(wù)、醫療衛生和服務(wù)型機器人等行業(yè)向客戶(hù)提供從部件、單元到自動(dòng)化系統解決方案。近年來(lái)，KUKA機器人在機床行業(yè)可謂動(dòng)作頻頻，本期專(zhuān)題特別邀請KUKA機器人有限公司機床行業(yè)經(jīng)理Winfried Geiger探討KUKA對于機床行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)及市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展趨勢的見(jiàn)解。

Q：您怎樣看待當前自動(dòng)化技術(shù)在機床行業(yè)應用情況？面臨哪些機遇與挑戰？

Winfried Geiger： 與其他的工業(yè)分支相比，自動(dòng)化技術(shù)在機床行業(yè)的應用并不樂(lè )觀(guān)：僅有5％的機加工過(guò)程運用了自動(dòng)化的生產(chǎn)，而只有2％是由機器人參與了自動(dòng)化，人工作業(yè)仍然是很普遍的現象。

目前為止，機器人的編程調試和運行維護是機床制造商和PLC程序員面臨的主要問(wèn)題。大型的生產(chǎn)線(xiàn)在規劃和設計時(shí)，并沒(méi)有將不同接口協(xié)議的機械設備之間能否正常進(jìn)行通信交換信息考慮進(jìn)去。一般來(lái)說(shuō)，機械設備在出廠(chǎng)時(shí)會(huì )提供與其他設備進(jìn)行通信接口的說(shuō)明文檔，但是，一旦生產(chǎn)線(xiàn)投入運行，其功能往往與預期有所不同，而對接口重新進(jìn)行編程又需要大量的經(jīng)費和時(shí)間，這也是為什么至今機床行業(yè)仍未充分挖掘自動(dòng)化技術(shù)應用的原因。
值得一提的是，當前有一個(gè)方案可以解決機床行業(yè)通信接口的問(wèn)題。德國機床制造商協(xié)會(huì )VDW已經(jīng)意識到行業(yè)所面臨的挑戰，并且開(kāi)發(fā)了一個(gè)靈活適用的標準。VDMA 34180中定義的標準能夠將機器人簡(jiǎn)單地集成到生產(chǎn)制造系統中，并有望成為一個(gè)ISO標準。為滿(mǎn)足不同生產(chǎn)制造系統的需要，這份新起草的標準采用模塊化的設計思路 - 適用于自動(dòng)化設備（例如傳送帶、桁架機器人、多關(guān)節機器人，機床進(jìn)行上下料的應用場(chǎng)景）。該標準可能會(huì )激發(fā)該行業(yè)的自動(dòng)化需求。

Q：機器人應用在機床中有哪些優(yōu)勢？

Winfried Geiger： 首先，機器人工作具有很高的精度，即使在對具有復雜外形的重型工件進(jìn)行上下料時(shí)，幾乎不產(chǎn)生廢品率。搬運重型工件時(shí)，其精度也能防止夾具或機器的碰撞和損壞，有助于大大降低機床的維護成本。其次，機器人可以進(jìn)行可靠的持續工作，晝夜不停，24小時(shí)后的性能保持如初，有助于最大程度地降低停機成本。因此，通過(guò)使用機器人，機床生命周期中兩個(gè)相對較高的成本因素，均得到顯著(zhù)的降低。在全自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機器人還可以提高機床的生產(chǎn)潛能并降低單位勞動(dòng)力成本，即機器人能提高機床的生產(chǎn)效率和價(jià)值。以實(shí)驗室測試為例，在沒(méi)有機器人的情況下機床只能達到70%的利用率，而在有機器人的情況下其利用率幾乎是100%。

Q：《中國制造2025》和工業(yè)4.0在多大程度上加速了機器人的發(fā)展？

Winfried Geiger： 機器人是《中國制造2025》和工業(yè)4.0大力發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)。作為最具柔性的設備，機器人將和云端一樣，在生產(chǎn)制造中扮演關(guān)鍵性的角色。機器人能從云端接收生產(chǎn)指令并準確無(wú)誤地執行指令，可實(shí)現不同大小生產(chǎn)批量的個(gè)性化需求。機器人也可以將運行狀態(tài)等數據反饋到云端，云端通過(guò)對該數據進(jìn)行分析和處理，為提高產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化生產(chǎn)流程提供建議。通過(guò)KUKA.Connect和SmartProduction，KUKA已經(jīng)能為客戶(hù)提供關(guān)于云端的整體解決方案平臺，這個(gè)平臺不僅可以連接機器人，還可以連接諸如機床之類(lèi)的其他生產(chǎn)設備，通過(guò)對運行數據的收集和分析，為經(jīng)營(yíng)決策奠定可靠的基礎，因而基于機器人的自動(dòng)化是必不可少的一個(gè)環(huán)節。

Q：KUKA機器人可以在哪些方面協(xié)助機床完成自動(dòng)化作業(yè)？

Winfried Geiger： 機器人和機床是緊密配合、協(xié)同工作的。如今機器人已經(jīng)可以快速準確地將毛坯件搬運到機床，并移走已加工完成的工件。未來(lái)的生產(chǎn)制造對于這種物流自動(dòng)化提出了更高的要求，比如要求生產(chǎn)節拍最短、設備使用率最高、系統更具柔性。

機器人可以有效地利用機床非生產(chǎn)時(shí)間，執行如鉆孔、清掃或去毛刺等任務(wù)。機器人也可以接管機床的部分任務(wù)，從而縮短機床生產(chǎn)某個(gè)工件的加工時(shí)間。對于需要精密加工的零部件，機器人還可以在上游進(jìn)行粗加工，使機床進(jìn)行精加工即可。在打磨應用中，大約一半的打磨單元已經(jīng)用上了機器人。機器人還可以可靠地用于貼標和測量應用，從而實(shí)現了質(zhì)量控制的自動(dòng)化。

Q：機器人或將取代機床嗎？未來(lái)，機器人在機床上的應用會(huì )有哪些發(fā)展趨勢？

Winfried Geiger： 用于機床行業(yè)的機器人中，大約60%是用于搬運任務(wù)，比如抓取工件、改變工件的姿態(tài)，大約20%是用于零點(diǎn)快換夾持系統，只有大約5%的機器人是用于機加工或者連接多臺機床。因此，機器人不能并且也不會(huì )取代機床的核心任務(wù)，但可以承擔部分輔助任務(wù)，從而提高機床本身的生產(chǎn)效率。

按照目前的生產(chǎn)趨勢，尤其是生產(chǎn)物流的趨勢，機器人用于機加工任務(wù)或者連接多臺機床任務(wù)的比例將會(huì )增加。當機器人被用于連接多臺機床時(shí)，機器人可以固定安裝，同時(shí)對多臺（通常是2到3臺）機床進(jìn)行上下料，也可以安裝在軌道系統上- 即所謂的線(xiàn)性軸。對于更遠的距離，也可以使用KUKA具有自動(dòng)導航功能的移動(dòng)平臺。通過(guò)把具有自動(dòng)導航功能的移動(dòng)平臺和高精度高可靠性的機器人結合在一起，KUKA創(chuàng )造了一種更高效和柔性的生產(chǎn)方式，既滿(mǎn)足了未來(lái)客戶(hù)的生產(chǎn)需求，又引領(lǐng)了自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展。

Q：具有自動(dòng)導航功能的移動(dòng)機器人如何充分滿(mǎn)足機床用戶(hù)定制化的需求？

Winfried Geiger： 客戶(hù)對定制化產(chǎn)品的需求，需要生產(chǎn)制造更具柔性，如通過(guò)將生產(chǎn)中所有相關(guān)系統聯(lián)網(wǎng)，并使其具備極高靈活性，使生產(chǎn)模式從大規模批量生產(chǎn)轉變?yōu)榇笠幠６ㄖ粕a(chǎn)。在這樣一個(gè)未來(lái)的工廠(chǎng)中，結合自動(dòng)導航平臺，機器人將“學(xué)會(huì )走路”并靈活地移動(dòng)到不同的生產(chǎn)部門(mén)，而不是僵硬地站在安全圍欄后面。屆時(shí)也不再需要將工件運送給機器人，取而代之的是機器人會(huì )直接移動(dòng)到工件或機床所在的地方。同時(shí)，移動(dòng)機器人系統也適用于人機協(xié)作模式?？梢越柚线m的機器人類(lèi)型，就像KUKA的LBR iiwa，這款支持人機協(xié)作的可移動(dòng)機器人可以作為像操作人員的新同事一樣直接支持他的工作。例如，KMR iiwa可以獨立地從倉庫取出刀具并將它們裝載到機床的刀庫中，而無(wú)需額外的安全設備。操作人員仍然可以不受妨礙地使用機床。倉庫與機床間或不同機床間的工件運輸也能以同樣的方式進(jìn)行。如果生產(chǎn)工序發(fā)生變化，所改變的只是移動(dòng)機器人所行走的路線(xiàn)，而不是整個(gè)車(chē)間的設備布局。生產(chǎn)制造過(guò)程調整到了最大柔性，而不是被僵化的按順序生產(chǎn)的自動(dòng)線(xiàn)所固定。

隨著(zhù)《中國制造2025》戰略的積極部署，國民經(jīng)濟從高速發(fā)展階段過(guò)渡到高質(zhì)量發(fā)展階段，中國機床市場(chǎng)的需求結構也正面臨迭代升級。KUKA在為更多領(lǐng)域賦能的同時(shí)，力求以創(chuàng )新精神和精湛技術(shù)助推機床行業(yè)邁向“智造”新征程！

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年5月刊