工业自动化时代的制造业发展

March 1, 2023

Fanny Hu

发布于2022-03-14

过去两年间，工业自动化 (IA) 技术在创新方面取得了突飞猛进的发展。专家估计，到2027年，工业自动化的收入将超过3000亿美元。收入的增长主要归功于技术进步，例如检测微量元素的含量。各行各业的制造水平迅速提升，其中更有很多行业受到严格的安全和质量法规约束，如汽车业、电子业、医疗行业以及家居用品行业。机器人技术、工业物联网 (IIoT)、人工智能 (AI) 和可编程逻辑控制器 (PLC) 的集成帮助实现了这一巨大的飞跃。在这篇博客中，我们将探讨如何在不同的制造场景中应用工业自动化技术创新，以缩短产品周期，提供稳定一致的产品质量，并减轻工人在工作中的风险。

自动化的类型

工业自动化使用机器在制造环境中执行重复性任务。这些任务可能包括对人类工人构成风险的任务，如起吊重物、使用危险材料或在极端温度下工作。一旦某个过程实现了自动化以完成某项任务，工业自动化技术的组合就会使用逻辑和编程来引导机器和机器人更快、更高效地运行或执行该任务，而几乎不需要人工干预。接下来我们将探讨工业自动化技术如何部署在不同的制造场景中。

机器人流程自动化

机器人流程自动化专注于对基于计算机的普通任务和过程实施自动化。它通过结合计算机视觉和机器学习来自动完成这些对人类工人来说可能非常单调的大量重复性任务。这种机器人化过程可以将员工解放出来，去从事机器人无法重复或处理的更动态的工作，因为这些任务不包含每次都要遵循的预定义规则或信号集。

刚性自动化

为了满足需要快速周转的重复性生产，硬自动化（或称刚性自动化）应运而生。在刚性自动化制造工厂中，所有生产设备可能需要重新编程，甚至需要移动，以适应产品风格的变化。将所有东西固定下来的好处是，生产速度非常快，无需太多人为干预，成本效益高，一致性好。

可编程自动化

当需要应用各种不同的定制时，适合使用可编程自动化。根据设备重新编程的程度，每个生产批次的运行可能略有不同，也可能相差很大。数控机床就是可编程自动化的一个很好的例子。机床由计算机程序控制，程序中设置有不同的产品样式，可供工人选择。在比较简单的运行中，工人可以选择产品样式以及生产运行的时间。

软自动化

软自动化天然具有较强的灵活性，因此可以根据消费者的需求或要求快速轻松地更改生产参数。软自动化机器通过计算机接口编程，适用于中小规模的定制化产品生产。灵活的软自动化可以减少生产周期之间的停机时间，因为其定制化生产是通过计算机重新编程而不是改变设备或其他硬件来实现的。

工业自动化：一致、可靠、安全

稳定一致的产品质量是工业自动化能够提供的一个显著优势。机器人或机器可以精确地完成重复性工作，从而实现稳定的产品质量。此外，自动化工厂如果定期监测和检查设备，并制定预测性维护计划，还可以大大缩短停工时间，提高生产效率，缩短产品周期，降低事故风险。通过实施这些维护措施，工人们可以轻松进行质量检查，确保一切正常。不过这个级别的工业自动化要依赖许多网络互联才能正常运行。TE Connectivity的AMPMODU 1.0mm和2.00mm中心线互连系统（图1）采用双光束接触设计，即使在恶劣的冲击和振动环境下，也能保证安全可靠的电气连接。这款连接器适合多种工业应用，包括PLC、控制面板、机器人、仪器仪表和测试设备。

图1：TE Connectivity的AMPMODU 1.0mm中心线互连系统采用双光束接触设计，可确保在恶劣的冲击和振动环境中实现高度可靠的电气连接。（图源：贸泽电子）

工业4.0协作机器人 (cobot) 设计用于在规定的空间内与工人一起工作。Cobot可以协助工人，代替他们完成一些重复性工作，比如在制造过程中每次以相同方式切割、定位或处理材料。机器人和人类并肩工作的这种工厂自动化水平有助于防止工人出现肌肉和骨骼问题。Cobot需要安装视觉指示装置，以便告知工人这些机器人何时处于协作状态。他们还需要有主动速度和分离监控功能，以及功率和力量限制功能，以帮助确保工人的安全。为了设计这种级别的安全工作空间，工程师需要坚固、可靠、紧凑的互连，还需要产品提供设计灵活性。TE Connectivity D-2970 Dynamic系列PCB连接器（图2）可以满足上述所有需求，另外还提供其他功能。此款连接器有一个中央锁定杆，提供可听声、可感触的插配反馈，确保安全插接。较低的插入力使用户可以在不伤害指尖的情况下松开电线。IP20防护级别的 “手指安全”外壳还可防止操作人员意外接触带电组件。此款连接器适用于大多数工业自动化应用。

图2：TE Connectivity D-2970 Dynamic系列PCB连接器提供安全功能，用于在接通或断开设备时保护工人。 （图源：贸泽电子）

结语

工业自动化技术的现代化进步，如IIoT、机器人技术和人工智能的集成，推动了各个垂直市场的制造产能大幅增加，为制造企业带来了数十亿美元的收入。工业自动化进步技术的融合增加了生产的正常运行时间，提高了产品质量，并增强了工人的安全。另外这种融合还为制造企业提供了灵活性，可以在不影响产品质量的情况下进行更小规模的生产。如今，稳定可靠而又安全的工业自动化在生产高质量产品的同时还紧贴客户需求，为他们带来更多快乐。