工业机器人领域的未来

July 31, 2023

Fanny Hu

发布于2023-07-31

得益于协作机器人、传感器技术和高速计算能力方面的创新，工业机器人市场正在经历一波技术进步。好消息就是，这场技术的进步才刚刚开始。

就在不久之前，工业机器人还主要用于重型机械制造领域。安装机器人解决方案需要巨大的资金投入、长时间的编程和专业培训，还需要为机器人本身留出超大空间。

但近年来，这些情况发生了变化。

经过不断的发展，重型制造机器人已经能够承担更大的负载和更重的任务，同时，小型机器人的能力也在不断增长，并且数量也在不断增加。下面以协作机器人为例简单讲述一下。与笨重的同类机器人相比，协作机器人更小、更简单，而且足够安全，可以让人在没有安全围栏的情况下操作，这也降低了它们的安装成本。原本安装一台机器人需要数十万美元，现在有了协作机器人，成本下降到只需数万美元。

由于不需要安全围栏，协作机器人可以更轻松地集成到已建立的工作空间中，即使空间很小。这样，工业机器人和自动化解决方案就可以进入过去可能没有利用过这一技术的市场，以前负担不起其使用成本的中小型企业也能用上这些技术。

当下劳动力持续短缺，正是引入的好时机。事实上，预计在 2030 年前，机器人和自动化的采用率和对其进行的预期投资将大幅攀升。

更简单、更小的机器人使得小型企业更容易实现自动化

对于除大型公司之外的所有公司，安装机器人都存在着巨大挑战，其中不仅包括巨大的尺寸和高昂的成本，还包括在整个生产线上安装机器人所需的复杂技术能力。随着协作机器人的发展，这种情况已开始改变。

不需要太复杂的编程即可操作协作机器人。如今，不需要几周，只需几天或几小时即可通过软件将许多协作机器人快速集成到制造流程中。随着集成时间缩短，机器人可以更快地成为团队的正式成员，这样小型公司就可以将自动化引入其运营。

诚然，与复杂的重型汽车机器人应用相比，简化的协作机器人解决方案所能完成的任务还存在差距。但这实际上是中小企业开始使用机器人的极好切入点。与传统技术相比，可以更快地采用和集成取放或机器维护等简单应用。

实际上，中型公司无法承担围绕机器人重建的整个流程的费用。为了实现自动化带来的效率和生产力收益，小型企业需要一种适合其现有环境的机器人，只需按一下按钮，就可以对其进行编程并将其投入工作。协作机器人就可以做到这一点。它们适合您的需求，而不需要巨大的占地面积或特殊的昂贵设施。

就在几年前，中型公司甚至不可能考虑使用机器人。现在，我们见证了协作机器人的安装量在三年内增加了 63%，其中大部分来自小型公司。

更广泛地使用工业机器人将改变各行业市场的游戏规则

虽然汽车行业仍是机器人用量最大的行业，但随着更小、更便宜、更容易编程和安装的机器人和协作机器人的使用不断增加，那些原本较少使用或根本不使用机器人的行业也开始逐渐引入机器人和自动化。

随着机器人的价格越来越便宜，公司的制造投资成本也随之下降，特别是在考虑到 3D 打印的惊人能力时。未来，公司不再需要投入数百万美元资金来开展生产运营；相反，即使是很小的公司也可随时建立制造工厂。协作机器人让每个有硬件相关创意的人都有机会创办自己的制造公司。

这不仅对制造业有影响，而且对地缘政治也有影响。借助价格更实惠的机器人，可以在设计公司解决方案的地方实现低成本制造，甚至可为最终客户现场制造，而无需为了节省成本而进行离岸制造。此外，这些机器人技术创新为那些一直以来都依赖外包劳动力的国家 / 地区的国内市场企业提供了机会。未来，此类国家 / 地区中的小型企业可以在一小时或更短的时间内用一个协作机器人和几台 3D 打印机建立一条生产线，并开始生产。世界各地新制造企业的进入门槛将会降低。

未来关注点：灵活性和适应力

近年来，提高可触及性一直是许多技术趋势中反复出现的主题，对适应性强的灵活解决方案的需求也是如此。是什么推动了这种需求？答案是向智能制造的转换。

未来的工厂将是模块化的，而不是像过去我们熟悉的那样，一条传送带蜿蜒穿过工厂，按照固定的路径传送货物。工厂将不再是字面意义上的生产“线”，连续不断地产出数千个相同的小部件，而是设有专门的工作站或生产单元来定制小批量订单。

过去，制造商通常采用自动化解决方案和机器人技术来持续 20 年大量制造相同产品。一个机器人在一条装配线上日复一日地完成同一项任务。现在，使用协作机器人，制造商可以在数小时内对其进行编程，使其完成某项任务（例如取放），然后快速转向另一项任务（例如机器维护）。在未来的工厂中，机器人需要能够转变职能，适应不同的日常任务。当前，整个制造业的定制水平达到了一个前所未有的高度，并且随着机器人应用以及数据连接和集成方面的发展，定制水平还会继续提升。

这种演变与其他注重技术的行业（尤其是个人计算）所经历的转变是一致的，即创新早期集中于推动硬件发展，之后转变为通过软件实现新的可能性。

事实上，在过去 5 到 10 年里，机器人制造商已经将他们的重点从展现出色的硬件转变为展示其软件创新。（不过值得注意的是，机器人系统中仍有大量非常复杂的硬件在运行，而人们往往会低估这些硬件。）随着计算能力和速度的不断提高，更多的机器人技术趋势将由底层软件架构而非单个程序来推动。

连接编排的增长

机器人网络的架构也很重要。随着工厂的模块化程度和计算能力提高，客户从边缘传感器到云的所有元件都将实现无缝互联，从而使得生产更加智能化。这是工业 4.0 的核心原则，需要在整个系统中实现可靠、高速的数据和电力传输。这也意味着将连接解决方案设计为平台（而不是离散元件），并在接触点之间精心编排通信。这种“连接编排”是大型自动化原始设备制造商 (OEM) 的新兴趋势。

这些制造商希望将来自工厂车间内所有不同传感器的数据汇集在一起，并将其集成到云中，以便获得使业务取得成功所需的见解。利用这些见解，制造商还可以提高生产响应能力，并使机器人能够根据实际情况的需求实时做出反应。

例如，思考一下在一个工件上有连续接触点的制造应用（例如抛光或焊接），其中，最终产品的质量取决于工件的加工方式。这些情况下必须使用实时数据，以便机器人能够响应数据，并以可优化制造且不破坏工件的方式适应流程。

工业机器人：客户期望

虽然每项业务都有其独特性，但客户在安装机器人解决方案时会面临一些相同的挑战。下面详细介绍了此类主要领域：

客户对工业机器人的一般需求 ：

定制、可靠性、质量、长期设计支持和产品可用性。

客户对协作机器人的需求：

与客户的现有系统 / 流程轻松集成、先进的功能、具有竞争力的成本。

客户对自主移动机器人的需求：

更易于集成且实施成本更低的导航系统，该系统集成了安全和引导系统、充电解决方案、接口和功能。

互联互通，避免孤立

将工业环境中的所有不同元件视为一个个岛屿。例如，在一台机器人中，底座、手臂关节和夹持器中都有传感器，生产线以及控制单元等中也都有传感器。但是为了利用机器学习，所有这些岛屿都需要相互通信。它们都需要相互连接，以便无缝收集、分析数据并使用这些数据来优化它们之间的流程。设备之间的顺畅互连对于实时通信趋势和人工智能创新至关重要。

从编程发展到机器学习

机器人技术的另一个趋势是机器学习的增长，实时通信所需的大量数据对于该趋势也至关重要。

如果完全自动化、自主生产是制造商效率的巅峰，那么机器学习是实现该目标所需的关键早期步骤。机器学习不是通过编程让机器人处理特定任务，而是通过整合多种技术（包括传感器、软件和数据分析）为机器人提供可供学习的见解，从而“教”机器人完成特定任务。通过不断重复，机器人获得了“技能”并“学习”了当它在环境中看到或感觉到某些情况时应该执行的操作，而不是只会按照事先编程进行响应。随着时间的推移，机器人将更加自主地解决任务。这需要在机器人内部和外部的所有连接点之间进行大量协调，以“知道”在工厂中遇到某个情况或任务时该怎么做。

短期来看，机器人技术已经发展到基本实现半自动操作；要实现完全自主的操作水平还需要更长时间，至少对大公司来说是这样。这是因为大型 OEM（例如汽车工厂）需要改变其生产的几乎每个方面，以从专用装配线转向模块化程度更高的解决方案，然后将所有点连接起来，为推动机器学习和自主解决方案提供必要的见解。

但是，中小型企业将能够更快地采用该技术。小型公司可以快速转型，或者从一开始就使用这种新方法。在较小的生产环境中，对下游和上游流程之间的连接性的关注较少，因此企业可以以更加模块化的方式将简单的任务有机结合在一起。事实上，未来机器人技术的最大创新可能来自中小型公司，而不是大型 OEM，因为小型公司能够更快地采用自主解决方案和人工智能。

协作机器人：可以帮您处理业务，也能帮您料理家务

现在，您可以开始考虑在家中、办公桌上使用协作机器人或一些助手，在不远的未来这些将成为现实。这是小型化趋势的一部分，但其中也体现了高适应性。我们可以让某种机器人或协作机器人运行一个标准软件，而您只需下载一个应用程序，就可对协作机器人进行编程，让其为您洗碗，可能性之多令人兴奋。在 TE，尤其是在工业业务领域，我们的重点是工业机器人。但我们思维可以更发散一些，这样的灵活性，以及拥有一个具有一定智能水平的机电助手， “ 会让我非常开心。