德国库卡工厂利用机器人 让自动化技术走在世界前列

许多尖端技术都与机器人学领域相关联，如机器学习和人工智能、人工智能、人机协同或自主移动系统。智能机器人是制造业数字化的重要组成部分，全球制造业面临巨大挑战。

然而，随着消费趋势的迅速变化，资源的短缺，技术工人的短缺，社会的老龄化以及对本地产品的需求，基于柔性工业机器人的自动化为这些挑战提供了解决方案。因此2019年我们不仅看到投入运行的机器人数量显着增加，而且看到越来越多的机器人应用在新的应用领域。

世界机器人格局和趋势如何？

IFR数据预计，在经济不确定性的推动下2019年将持平，机器人销量约为42.1万台，具体数据将于2020年9月公布。

在其2019年9月公布的显示，2018年全球机器人安装量增长6%，达到422271台，价值165亿美元（不含软件和外围设备）。机器人的操作库存计算为2439543个单位（+15%）。

从行业上来看，因为机器人客户行业变化，汽车和电气/电子行业在主要目的地中国和北美一直是贸易冲突的主角，向全球经济扩散不确定性。然而，汽车工业仍然是最大的客户行业，占总安装量的30%，领先于电气/电子（25%）、金属和机械（10%）、塑料和化工产品（5%）和食品饮料（3%）。

从历史数据发展趋势来看，自2010年以来，由于全球这一增长趋势的持续，对工业机器人的需求大幅上升使得工业机器人的自动化和持续技术创新。2013年起到2018年，年安装量平均每年增长19%（复合年增长率）。介于2005年和2008年，机器人的年平均销量约为11.5万台，在全球经济和金融危机导致机器人装置下降到2009年6万套，大量投资被推迟。2010年，投资腾出空间，将机器人安装量提高到12万台。2015年以前，每年安装量增加了一倍多，达到近25.4万台。2016年每年超过30万台，2017年，安装量激增至近40万台。2018年共安装283080台，仅比上年增长1%，但仍为连续第六年的新高峰。

各国的情况都不算乐观。欧洲和美国在亚洲停滞不前的情况下强劲增长，但亚洲尽管2018年增长大幅放缓，仍然是世界上最大的工业机器人市场。2018年新部署的机器人三分之二（67%）安装在亚洲。从2013年到2018年，机器人年安装量平均每年增长23%。2018年，亚洲三大市场的情况有所不同：中国（154032台；-1%）和韩国（37807台；-5%）的装机数量下降，而日本（55240台；+21%）的装机数量大幅增长。

第二大市场欧洲的机器人安装量增长了14%，达到75560台，连续第六年创下新高。2013-2018年年均增长率为12%。美国的增长率甚至更高：2018年安装了约55212台机器人。这一数字比去年增长了20%，与亚洲和欧洲一样，这是连续第六年出现的新高峰。2013年以来的平均年增长率为13%。74%的全球机器人装置分布在五个国家2包括澳大利亚和新西兰14，世界机器人2020工业机器人有五个主要的工业机器人市场：中国、日本、美国、大韩民国和德国。这些国家占全球机器人装置的74%。

自2013年以来，中国一直是世界上最大的工业机器人市场，在2017年和2018年占总安装量的36%。2018年安装154032台。这比2017年（156176台）减少了1%，但仍超过欧洲和美洲安装的机器人总数（130772台）。有关详细信息，请参阅第3.3.1章。2018年，日本的机器人安装量增加了21%，达到55240台（新的峰值）。对于一个工业生产自动化水平已经很高的国家来说，2013年以来17%的年均增长率是非常显着的。连续第八年，美国的机器人安装达到了一个新的峰值水平（40373台；+22%）。2010年以来，全国各制造业生产过程自动化已是大势所趋。

年度安装方面，美国在2018年从大韩民国获得了第三名，在美国，最强劲的增长来自其他行业。例如，机器人在美国食品和饮料行业的销售额在2018年增长了72％，售出了2754台新机器人，但仍然仅占美国汽车行业销售额的18％。在大韩民国，自2016年达到41373台的峰值水平以来，每年的机器人安装量一直在下降，2018年，共安装37807台机组（-5%），这个国家的安装数字很大程度上取决于电子工业，而电子工业在2018年经历了艰难的一年。不过，自2013年以来，安装量平均每年增长12%。有德国是世界第五大机器人市场。2018年，机器人安装数量激增26%，达到26723台的新高峰，这个国家的安装数字主要是由汽车工业驱动的。

在西欧，德国和意大利推动了19％的增长。意大利是欧洲第二大工业机器人市场，2018年销售额增长27％。东欧的增长有所下降，除了俄罗斯联邦和波兰，这两个国家的销售额均比2017年增长了40％以上。

库卡的车间

而在德国，机器人行业的代表企业库卡在Industrie 4.0的元素支持下：其零件加工过程可洞悉面向未来的生产过程，其过程让人震惊。

乍看之下，位于德国奥格斯堡的kuka工厂的10号生产车间看起来就像德国或国际机器制造商的任何其他生产环境：空气中散发出些微的油味，各个制造商的机床都在努力加工金属零件-勤奋的员工在主持节目。其中一名员工是Rainer Eder-Spendier，10号厅自动化和机器人技术主管。“我对这个厅充满热情，”这位51岁的老人说。“生产中高度和明智的自动化程度使我们与众不同。我们在这里采用智能自动化和数字化技术。”

乍看之下您不会注意到：大厅中的所有机器都连接到云，并具有各种Industrie 4.0功能。Rainer Eder-Spendier手持平板电脑，站在包围机床的Burkhardt + Weber安全栅栏前面，他解释道：“例如，我们对整个大厅进行了数字化概览。这类似于智能手机的地图应用程序。它使我能够监视所有机器并检索它们的数据。”

他用食指快速敲击，检查两个Heller加工中心的状态，这些中心由KUKA机器人定期进行装卸。类似于智能手表或健身追踪器，机器人和机器收集各种各样的数据并将这些数据传输到云中。然后，数据以各种可视化形式显示在平板电脑的用户界面上。“但这还不是全部，”这位慕尼黑人说，他已经在KUKA工作了25年以上。

他介绍道：“如果出现错误消息，我们可以使用由我们的服务技术人员多年编译而成的Wiki类型的服务。该数据库包含将近500万个解决方案提案。我们还可以使用内置技术来回溯回顾每个过程步骤，其工作方式与飞机上的黑匣子类似。而且，我们可以让软件将生产过程中的任何不正常情况通知我们-这类似于ECG。” 该数据库包含将近500万个解决方案提案。我们还可以使用内置技术来回溯回顾每个过程步骤，其工作方式与飞机上的黑匣子类似。而且，我们可以让软件将生产过程中的任何不正常情况通知我们-这类似于ECG。” 该数据库包含将近500万个解决方案提案。我们还可以使用内置技术来回溯回顾每个过程步骤，其工作方式与飞机上的黑匣子类似。而且，我们可以让软件将生产过程中的任何不正常情况通知我们-这类似于ECG。”

沟通是智能生产的基础

10号馆共有7个单元和11个机器人。这些机器人的型号不同，均由KUKA制造。他们使用的机器是各种制造商的商用机床。机器人加工诸如底架，旋转柱，臂和连杆臂之类的组件。组件在机器人组装车间的隔壁组装。“在这个大厅中，机器人负责制造机器人所需的各种组件，” Rainer Eder-Spendier总结说。然后他继续强调：“不仅要彻底测试新的技术可能性，而且要以一种真正明智的方式进行部署，这很重要。机器具有可容纳所谓握手功能的接口也很重要。”

握手是指机器人与机床之间的通信。如果系统的各个组成部分相互协调，这是必不可少的。在单元中，机器人可以充当主机或从机。作为主人，机器人会指定程序并通知机器，例如，已经装载了工件并且现在可以关闭门。如果将机械手部署为从机，则它会响应来自外部控制器的命令。

缩短生产时间，提高效率

机床通常由工人手动装载。工人经常站着等待机器完成工件的加工。一旦完成了加工程序，工人就将工件移出并将其放到托盘上，然后再将新工件装载到机床中。该过程不仅单调，而且效率相对较低。正如我们从10号展馆看到的那样，可以使用自动化来优化流程。“在我们的大厅里，机器人承担着装卸机器的任务，” Rainer Eder-Spendier解释说。因此，很少有人参与生产过程。实际上，即使在周末和夜班期间，也可以在一定时间内无人参与的情况下运行生产过程。” 为了做到这一点，这些单元配备有进料装置，例如转盘和进料传送带。工人手动将这些零件装入要加工的零件。因此，根据准备好的工件数量和机器要执行的任务，机器人可以使用长达8个小时的库存。

机器人还执行次要任务，从而提高了生产率。Rainer Eder-Spendier举例说：“在我们的某些单元中，机器人将螺旋油的螺纹切成预先钻孔的孔，而机床则在加工下一个工件。” 在大多数单元中，工件去毛刺是机器人执行的另一项任务。以此方式，有效地利用了等待时间，并且由于减轻了机器的加工任务，例如钻孔和铣削操作落入+/- 0.2 mm的公差范围内，因此缩短了单个零件的生产时间。因此，可以在机床上更好地利用宝贵的加工时间，并且可以生产更多的零件。

机器人+机床

实际上，第10号展馆中的一个机器人单元可能看起来像这样：制造商Grob生产的三台机床可使用30多个系统托盘，因此可以快速灵活地响应各种要求。工人将要加工的工件夹紧在转换站的夹紧装置中。接下来，将组件与托盘和固定装置一起装入单元。KR 600 R2830 FORTEC机器人执行各个步骤的链条，并将材料从机床运送到返修单元，在返修单元中完成金属零件的加工，例如去毛刺，钻孔或配备螺旋油。机器人通过线性单元接近三台机器，然后将完成的零件带回到相关的操作员位置。工人松开夹紧装置，

在另一个具有制造商海勒（Heller）制造的两个加工中心的单元中，过程类似。借助气动夹具，KR 500 L480-3 MT FORTEC机器人拾起已放置在转盘上的工件并将其装入两台机器之一。为了使其能够交替加载两台机器，将机器人安装在线性单元上。四个进料站可提供足够的原料。一旦机器中的加工过程完成，机器人就会在转换站对零件进行去毛刺。最后，机器人将零件放到转盘上。

Burkhardt + Weber公司的机床也由KR 500 FORTEC机器人进行装卸。加工连杆臂和旋转柱的机床配备了一个双托盘更换器：一个托盘容纳连杆臂的夹具，另一个托盘容纳旋转柱的夹具。当机器人将工件装载到一个托盘上时，机器将对夹紧在另一托盘上的工件进行操作。

自动化和联网的优势

Rainer Eder-Spendier说：“自动化使工人的工作变得非常容易，因为在大多数情况下，工人不再需要手动将重的工件装载到机床上。” 仅要求工人提供材料。但是，这需要更少的时间和精力，这意味着该系统可以实现更高的生产率。另一个优点：不需要拥有专门针对机器人的专业知识来执行去毛刺任务。

单元切换到该模式后，便可以使用KUKA.CNC软件（如常规机床）以G代码操作它们。记录的数据，甚至是与KUKA以外的公司制造的组件相关的数据，都可以在云中使用。这样，就可以始终具有对当前生产过程的完全可见性和完全控制权，实现更高的透明度并始终优化任务计划。

虽然德国的工业制造在新世纪以来一度不景气，但从库卡工厂，却看到德国本身的自动化技术仍然走在世界前列。