工業(yè)自動化如何實(shí)現(xiàn)無縫和安全協(xié)作所需的技術(shù)

客戶的需求和期望是產(chǎn)品開發(fā)和制造背后的驅(qū)動力?？蛻粜枰x擇豐富且個性化的產(chǎn)品。他們不僅希望快速制造和交付定制化產(chǎn)品，更希望制造商與他們的價(jià)值觀相一致。盡管效率、準(zhǔn)確性和安全性等傳統(tǒng)制造目標(biāo)依然很重要，但制造環(huán)境正朝著擁有敏捷性、可訪問性、數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策、協(xié)作和可持續(xù)性等新特征加速前進(jìn)。下文將探討這些特征以及它們?nèi)绾螏椭鷿M足客戶快速變化的需求和期望。

敏捷性

敏捷系統(tǒng)植根于批量生產(chǎn)方式，其中基本產(chǎn)品是大規(guī)模生產(chǎn)的，而客戶定制則分批次進(jìn)行，例如，生產(chǎn)一批紅色涂裝、一批藍(lán)色涂裝，一批粉色涂裝。敏捷性與市場變化和客戶需求相關(guān)；它將生產(chǎn)一兩種型號的理念轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑦@些型號作為選項(xiàng)，從而將制造定制產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閭€性化產(chǎn)品。產(chǎn)品定制能夠讓客戶滿意，而個性化則會提升客戶愉悅度。

先進(jìn)系統(tǒng)在生產(chǎn)線上將每個產(chǎn)品作為單獨(dú)的訂單生產(chǎn)，并借助于客戶數(shù)據(jù)來推動個性化。想象一下，您在生日當(dāng)周訂購產(chǎn)品時(shí)，制造商可能會在包裝盒中放置一張生日紙條，或在包裝上印上“生日快樂！”來為您提供個性化產(chǎn)品。或者，假設(shè)您經(jīng)?？赐赓u信息，制造商可能會在包裝盒里放一張外賣優(yōu)惠券。通過將批量生產(chǎn)過程與客戶數(shù)據(jù)相結(jié)合，制造商可以做很多事情來進(jìn)行產(chǎn)品個性化，不僅能讓客戶滿意，而且還能取悅他們。

可訪問性

在工業(yè)自動化中，可訪問性有兩個不同的含義。首先，可訪問性是指通過集成的安全系統(tǒng)將分散的勞動力連接起來。此類系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，但直到最近才融合了實(shí)現(xiàn)無縫和安全協(xié)作所需的技術(shù)。在最初的幾十年里，我們看到各式各樣的技術(shù)使協(xié)作成為可能，但直到現(xiàn)在我們才擁有在業(yè)務(wù)的各個方面完全集成分散式勞動力、資源和服務(wù)所需的一切。

其次，可訪問性是指將人為因素整合到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以便于安裝人員、操作人員、技術(shù)人員、地板工人和其他人員使用。以人為本的設(shè)計(jì)曾經(jīng)是事后的想法或體現(xiàn)在細(xì)微之處。現(xiàn)在，很多公司都意識到在這些情況下安裝人員、操作人員以及所有其他人員都是客戶。因此，考慮人為因素并運(yùn)用相關(guān)指南成為了設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

在這兩種情況下，云基礎(chǔ)設(shè)施以及系統(tǒng)集成商（如提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺即服務(wù)、軟件即服務(wù)等類似概念）是可訪問性的重要推動因素。以極低延遲實(shí)時(shí)工作的團(tuán)隊(duì)為可能的協(xié)作類型提供了相當(dāng)大的可擴(kuò)展性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）就是一個很好的例子。AR讓工程師、技術(shù)員、制造商和其他相關(guān)人員能夠訪問數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)并使用可視化疊加來完成維修或改動，因此他們不用舟車勞頓就可進(jìn)行安裝、操作、故障排除或維修機(jī)械系統(tǒng)。與成本、時(shí)間和產(chǎn)品生命周期相關(guān)的成效已經(jīng)非常顯著，我們可以預(yù)期隨著時(shí)間的推移，會涌現(xiàn)更多先進(jìn)的AR技術(shù)。

數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策

在當(dāng)今的工業(yè)自動化中，許多洞察都由數(shù)據(jù)驅(qū)動。例如，數(shù)據(jù)可以評估制造商如何按照公司的重要性等級來行事。在這里，價(jià)值矩陣用于確定衡量公司成功與否的五六個重要因素，例如速度、準(zhǔn)確性、標(biāo)準(zhǔn)符合性、法規(guī)符合性和客戶滿意度。使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)趨勢，利益相關(guān)者可以了解公司的整體表現(xiàn)、價(jià)值觀方面的表現(xiàn)以及與行業(yè)平均水平相比的表現(xiàn)。

數(shù)據(jù)洞察使人們從單純對生產(chǎn)問題作出被動反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃宇A(yù)防和解決這些問題。數(shù)據(jù)波動可用于識別某些環(huán)節(jié)何時(shí)有可能出現(xiàn)問題，然后向負(fù)責(zé)技術(shù)員發(fā)送電子郵件、向服務(wù)臺提交支持工單或向主管發(fā)送短信。在某些情況下，波動可能是良性的；盡管如此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和趨勢依然可以幫助人們掌握主動權(quán)而非處于被動狀態(tài)。

最后，數(shù)據(jù)還可用于評估本文討論的工業(yè)自動化特征。例如，數(shù)據(jù)可以告訴制造商何時(shí)開始提供其他顏色或不同面料的沙發(fā)，而不是作為產(chǎn)品變動，通過這樣的洞察可以提高制造敏捷性。數(shù)據(jù)還可以通過最大限度地減少因產(chǎn)品變動造成的停機(jī)時(shí)間，并確保各類人員在正確的時(shí)間處于正確的位置，從而提高整個過程的彈性。

（與機(jī)器人）協(xié)作

隨著人類相互之間以及與機(jī)器人的協(xié)作，協(xié)作的性質(zhì)也在不斷演變。在工業(yè)環(huán)境中使用機(jī)器和機(jī)器人技術(shù)的目標(biāo)歷來是將繁重、重復(fù)和危險(xiǎn)的任務(wù)從人類轉(zhuǎn)移到機(jī)械和自動化系統(tǒng)。協(xié)作機(jī)器人（cobot）擴(kuò)展了這些用例，以便納入：

人類需要多年訓(xùn)練才能熟練掌握的技能。焊接就是這樣一項(xiàng)技能，這項(xiàng)技能需要超過100小時(shí)的課堂學(xué)習(xí)和三到四年的學(xué)徒期。即便如此，機(jī)器人完成焊縫的質(zhì)量和一致性通常讓人類焊工望塵莫及。舉例來說，即使是技術(shù)嫻熟的焊工在一次連續(xù)動作中也只能焊接60厘米的焊縫，并且在開始和結(jié)束作業(yè)時(shí)都會對整體焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。相比之下，機(jī)器人可以一次連續(xù)焊接大約121厘米的焊縫，生產(chǎn)出更高質(zhì)量的焊縫。焊接協(xié)作方法可以讓機(jī)器人來完成需要技能并可能會影響質(zhì)量的步驟。而由人類執(zhí)行更直觀的任務(wù)，例如設(shè)置過程和處理異常。這種構(gòu)思正是利用了兩者各自的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)了效率最大化。機(jī)器人可以完成部分工作的任務(wù)。有時(shí)，我們會收到一些易碎、不易處理、或者是需要在潔凈室進(jìn)行處理的組件。如果使用協(xié)作機(jī)器人打開各種尺寸和形狀的箱子會存在一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而且這些任務(wù)很直觀，不需要經(jīng)過計(jì)算，所以由人類來執(zhí)行這類任務(wù)會大大提高效果與效率。相比之下，協(xié)作機(jī)器人可以在開箱后輕松地處理這類敏感組件，并且可能比人類更快、更一致。

彈性

彈性是指系統(tǒng)能在需要調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)快速適應(yīng)的能力。例如，一個用于生產(chǎn)產(chǎn)品A的系統(tǒng)，在生產(chǎn)開始時(shí)，將其設(shè)置為制造產(chǎn)品A。但是，當(dāng)需要對產(chǎn)品進(jìn)行變動時(shí)，比如要換成不同的顏色、尺寸、織物圖案、模塊或包裝，會發(fā)生什么情況呢？在彈性較低的系統(tǒng)中，需要有人手動更改設(shè)置以適應(yīng)這些變化，進(jìn)而導(dǎo)致停工停產(chǎn)以及用工成本增加。彈性系統(tǒng)則可以承受這類不可預(yù)見的不利情況并迅速恢復(fù)生產(chǎn)。彈性系統(tǒng)的目標(biāo)是考慮系統(tǒng)可能遇到的各類變動，以盡可能減少停機(jī)時(shí)間和人類干預(yù)。

而對于工程設(shè)計(jì)來說，很容易會陷入開發(fā)超復(fù)雜系統(tǒng)以執(zhí)行更多任務(wù)，甚至可以應(yīng)對罕見場景的想法。然而，系統(tǒng)越復(fù)雜，出現(xiàn)故障的機(jī)率就越高。與能夠處理90%生產(chǎn)場景的復(fù)雜系統(tǒng)相比，能夠處理80%生產(chǎn)場景的簡單系統(tǒng)可能會更好。彈性設(shè)計(jì)就是要在需要更多人工參與的簡單系統(tǒng)與具有更多故障點(diǎn)并可能影響其他生產(chǎn)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)之間尋求平衡。

可持續(xù)性

可持續(xù)性是指在不損害自然環(huán)境或影響子孫后代滿足其自身需求的情況下，設(shè)計(jì)和運(yùn)行系統(tǒng)。工業(yè)自動化通過提高生產(chǎn)率、節(jié)約能源和減少廢物來支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。越來越多的客戶與那些在保護(hù)環(huán)境和減少環(huán)境破壞方面有著共同價(jià)值觀的公司站在一起。從這個意義上講，工業(yè)自動化的可持續(xù)性可以幫助公司從滿足客戶轉(zhuǎn)變?yōu)槿偪蛻簟?/p>

可持續(xù)性也是日益自動化的工業(yè)環(huán)境的潛在結(jié)果：

數(shù)據(jù)驅(qū)動型洞察使生產(chǎn)過程更加高效，從而降低能源需求并減少產(chǎn)品制造當(dāng)中產(chǎn)生的廢物。

數(shù)據(jù)驅(qū)動型洞察使過程更高效，從而減少與制造相關(guān)的污染。

數(shù)據(jù)驅(qū)動型洞察使預(yù)測性維護(hù)成為可能，從而減少對信息物理系統(tǒng)冗余度的需求。

可訪問性實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程協(xié)作安裝、運(yùn)行、故障排除和維修，減少了對現(xiàn)場支持人員的需求，以及與差旅相關(guān)的燃料消耗和污染。

AR等訪問支持技術(shù)可以減少安裝、運(yùn)行、故障排除和維修對大量紙質(zhì)文檔和更新的需求。

協(xié)作機(jī)器人技術(shù)可以減少所需的物理空間量，從而幫助制造商減少全球碳足跡。

最后，可持續(xù)性還會帶來可觀的金錢收益?，F(xiàn)在有一系列解決方案可用于捕獲、挖掘和監(jiān)控能源相關(guān)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為降低成本的洞察力。

論語

客戶需要有豐富選擇和個性化的產(chǎn)品。他們希望快速制造和交付定制化產(chǎn)品，還希望制造商與他們的價(jià)值觀相一致。效率、準(zhǔn)確性和安全性等傳統(tǒng)制造目標(biāo)仍然重要，但幫助滿足客戶需求和期望的新特征也在不斷涌現(xiàn)，如敏捷性、可訪問性、數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策、協(xié)作、彈性和可持續(xù)性。制造工程師已經(jīng)將這些特征融入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以預(yù)見到在未來將更加普及。

Darshan Pandya作者介紹

Darshan Pandya是沃爾瑪高級工程和新興技術(shù)團(tuán)隊(duì)的高級機(jī)器人和自動化工程師，擁有機(jī)電一體化工程學(xué)士學(xué)位和馬里蘭大學(xué)機(jī)器人學(xué)碩士學(xué)位。多年來，Darshan一直利用他對工業(yè)4.0和未來概念工廠的深刻理解來影響和孵化新興技術(shù)、制造、生物技術(shù)和供應(yīng)鏈行業(yè)等環(huán)境。Darshan熱衷于應(yīng)對與人機(jī)協(xié)作 （HRC）、可持續(xù)性和為敏捷和精益工業(yè)自動化設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)相關(guān)的挑戰(zhàn)。

原文標(biāo)題：客戶推動工業(yè)自動化創(chuàng)新

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