許多尖端技術(shù)都與機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)，如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能、人工智能、人機(jī)協(xié)同或自主移動系統(tǒng)。智能機(jī)器人是制造業(yè)數(shù)字化的重要組成部分，全球制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。

然而，隨著消費(fèi)趨勢的迅速變化，資源的短缺，技術(shù)工人的短缺，社會的老齡化以及對本地產(chǎn)品的需求，基于柔性工業(yè)機(jī)器人的自動化為這些挑戰(zhàn)提供了解決方案。因此2019年我們不僅看到投入運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量顯著增加，而且看到越來越多的機(jī)器人應(yīng)用在新的應(yīng)用領(lǐng)域。

世界機(jī)器人格局和趨勢如何？

IFR數(shù)據(jù)預(yù)計，在經(jīng)濟(jì)不確定性的推動下2019年將持平，機(jī)器人銷量約為42.1萬臺，具體數(shù)據(jù)將于2020年9月公布。

在其2019年9月公布的顯示，2018年全球機(jī)器人安裝量增長6%，達(dá)到422271臺，價值165億美元（不含軟件和外圍設(shè)備）。機(jī)器人的操作庫存計算為2439543個單位（+15%）。

從行業(yè)上來看，因?yàn)闄C(jī)器人客戶行業(yè)變化，汽車和電氣/電子行業(yè)在主要目的地中國和北美一直是貿(mào)易沖突的主角，向全球經(jīng)濟(jì)擴(kuò)散不確定性。然而，汽車工業(yè)仍然是最大的客戶行業(yè)，占總安裝量的30%，領(lǐng)先于電氣/電子（25%）、金屬和機(jī)械（10%）、塑料和化工產(chǎn)品（5%）和食品飲料（3%）。

從歷史數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢來看，自2010年以來，由于全球這一增長趨勢的持續(xù)，對工業(yè)機(jī)器人的需求大幅上升使得工業(yè)機(jī)器人的自動化和持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新。2013年起到2018年，年安裝量平均每年增長19%（復(fù)合年增長率）。介于2005年和2008年，機(jī)器人的年平均銷量約為11.5萬臺，在全球經(jīng)濟(jì)和金融危機(jī)導(dǎo)致機(jī)器人裝置下降到2009年6萬套，大量投資被推遲。2010年，投資騰出空間，將機(jī)器人安裝量提高到12萬臺。2015年以前，每年安裝量增加了一倍多，達(dá)到近25.4萬臺。2016年每年超過30萬臺，2017年，安裝量激增至近40萬臺。2018年共安裝283080臺，僅比上年增長1%，但仍為連續(xù)第六年的新高峰。

各國的情況都不算樂觀。歐洲和美國在亞洲停滯不前的情況下強(qiáng)勁增長，但亞洲盡管2018年增長大幅放緩，仍然是世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場。2018年新部署的機(jī)器人三分之二（67%）安裝在亞洲。從2013年到2018年，機(jī)器人年安裝量平均每年增長23%。2018年，亞洲三大市場的情況有所不同：中國（154032臺；-1%）和韓國（37807臺；-5%）的裝機(jī)數(shù)量下降，而日本（55240臺；+21%）的裝機(jī)數(shù)量大幅增長。

第二大市場歐洲的機(jī)器人安裝量增長了14%，達(dá)到75560臺，連續(xù)第六年創(chuàng)下新高。2013-2018年年均增長率為12%。美國的增長率甚至更高：2018年安裝了約55212臺機(jī)器人。這一數(shù)字比去年增長了20%，與亞洲和歐洲一樣，這是連續(xù)第六年出現(xiàn)的新高峰。2013年以來的平均年增長率為13%。74%的全球機(jī)器人裝置分布在五個國家2包括澳大利亞和新西蘭14，世界機(jī)器人2020工業(yè)機(jī)器人有五個主要的工業(yè)機(jī)器人市場：中國、日本、美國、大韓民國和德國。這些國家占全球機(jī)器人裝置的74%。

自2013年以來，中國一直是世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場，在2017年和2018年占總安裝量的36%。2018年安裝154032臺。這比2017年（156176臺）減少了1%，但仍超過歐洲和美洲安裝的機(jī)器人總數(shù)（130772臺）。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱第3.3.1章。2018年，日本的機(jī)器人安裝量增加了21%，達(dá)到55240臺（新的峰值）。對于一個工業(yè)生產(chǎn)自動化水平已經(jīng)很高的國家來說，2013年以來17%的年均增長率是非常顯著的。連續(xù)第八年，美國的機(jī)器人安裝達(dá)到了一個新的峰值水平（40373臺；+22%）。2010年以來，全國各制造業(yè)生產(chǎn)過程自動化已是大勢所趨。

年度安裝方面，美國在2018年從大韓民國獲得了第三名，在美國，最強(qiáng)勁的增長來自其他行業(yè)。例如，機(jī)器人在美國食品和飲料行業(yè)的銷售額在2018年增長了72％，售出了2754臺新機(jī)器人，但仍然僅占美國汽車行業(yè)銷售額的18％。在大韓民國，自2016年達(dá)到41373臺的峰值水平以來，每年的機(jī)器人安裝量一直在下降，2018年，共安裝37807臺機(jī)組（-5%），這個國家的安裝數(shù)字很大程度上取決于電子工業(yè)，而電子工業(yè)在2018年經(jīng)歷了艱難的一年。不過，自2013年以來，安裝量平均每年增長12%。有德國是世界第五大機(jī)器人市場。2018年，機(jī)器人安裝數(shù)量激增26%，達(dá)到26723臺的新高峰，這個國家的安裝數(shù)字主要是由汽車工業(yè)驅(qū)動的。

在西歐，德國和意大利推動了19％的增長。意大利是歐洲第二大工業(yè)機(jī)器人市場，2018年銷售額增長27％。東歐的增長有所下降，除了俄羅斯聯(lián)邦和波蘭，這兩個國家的銷售額均比2017年增長了40％以上。

庫卡的車間

而在德國，機(jī)器人行業(yè)的代表企業(yè)庫卡在Industrie 4.0的元素支持下：其零件加工過程可洞悉面向未來的生產(chǎn)過程，其過程讓人震驚。

乍看之下，位于德國奧格斯堡的kuka工廠的10號生產(chǎn)車間看起來就像德國或國際機(jī)器制造商的任何其他生產(chǎn)環(huán)境：空氣中散發(fā)出些微的油味，各個制造商的機(jī)床都在努力加工金屬零件-勤奮的員工在主持節(jié)目。其中一名員工是Rainer Eder-Spendier，10號廳自動化和機(jī)器人技術(shù)主管。“我對這個廳充滿熱情，”這位51歲的老人說?！吧a(chǎn)中高度和明智的自動化程度使我們與眾不同。我們在這里采用智能自動化和數(shù)字化技術(shù)?！?/p>

乍看之下您不會注意到：大廳中的所有機(jī)器都連接到云，并具有各種Industrie 4.0功能。Rainer Eder-Spendier手持平板電腦，站在包圍機(jī)床的Burkhardt + Weber安全柵欄前面，他解釋道：“例如，我們對整個大廳進(jìn)行了數(shù)字化概覽。這類似于智能手機(jī)的地圖應(yīng)用程序。它使我能夠監(jiān)視所有機(jī)器并檢索它們的數(shù)據(jù)?！?/p>

他用食指快速敲擊，檢查兩個Heller加工中心的狀態(tài)，這些中心由KUKA機(jī)器人定期進(jìn)行裝卸。類似于智能手表或健身追蹤器，機(jī)器人和機(jī)器收集各種各樣的數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆浦?。然后，?shù)據(jù)以各種可視化形式顯示在平板電腦的用戶界面上?！暗@還不是全部，”這位慕尼黑人說，他已經(jīng)在KUKA工作了25年以上。

他介紹道：“如果出現(xiàn)錯誤消息，我們可以使用由我們的服務(wù)技術(shù)人員多年編譯而成的Wiki類型的服務(wù)。該數(shù)據(jù)庫包含將近500萬個解決方案提案。我們還可以使用內(nèi)置技術(shù)來回溯回顧每個過程步驟，其工作方式與飛機(jī)上的黑匣子類似。而且，我們可以讓軟件將生產(chǎn)過程中的任何不正常情況通知我們-這類似于ECG?！?該數(shù)據(jù)庫包含將近500萬個解決方案提案。我們還可以使用內(nèi)置技術(shù)來回溯回顧每個過程步驟，其工作方式與飛機(jī)上的黑匣子類似。而且，我們可以讓軟件將生產(chǎn)過程中的任何不正常情況通知我們-這類似于ECG?！?該數(shù)據(jù)庫包含將近500萬個解決方案提案。我們還可以使用內(nèi)置技術(shù)來回溯回顧每個過程步驟，其工作方式與飛機(jī)上的黑匣子類似。而且，我們可以讓軟件將生產(chǎn)過程中的任何不正常情況通知我們-這類似于ECG。”

溝通是智能生產(chǎn)的基礎(chǔ)

10號館共有7個單元和11個機(jī)器人。這些機(jī)器人的型號不同，均由KUKA制造。他們使用的機(jī)器是各種制造商的商用機(jī)床。機(jī)器人加工諸如底架，旋轉(zhuǎn)柱，臂和連桿臂之類的組件。組件在機(jī)器人組裝車間的隔壁組裝?！霸谶@個大廳中，機(jī)器人負(fù)責(zé)制造機(jī)器人所需的各種組件，” Rainer Eder-Spendier總結(jié)說。然后他繼續(xù)強(qiáng)調(diào)：“不僅要徹底測試新的技術(shù)可能性，而且要以一種真正明智的方式進(jìn)行部署，這很重要。機(jī)器具有可容納所謂握手功能的接口也很重要?！?/p>

握手是指機(jī)器人與機(jī)床之間的通信。如果系統(tǒng)的各個組成部分相互協(xié)調(diào)，這是必不可少的。在單元中，機(jī)器人可以充當(dāng)主機(jī)或從機(jī)。作為主人，機(jī)器人會指定程序并通知機(jī)器，例如，已經(jīng)裝載了工件并且現(xiàn)在可以關(guān)閉門。如果將機(jī)械手部署為從機(jī)，則它會響應(yīng)來自外部控制器的命令。

縮短生產(chǎn)時間，提高效率

機(jī)床通常由工人手動裝載。工人經(jīng)常站著等待機(jī)器完成工件的加工。一旦完成了加工程序，工人就將工件移出并將其放到托盤上，然后再將新工件裝載到機(jī)床中。該過程不僅單調(diào)，而且效率相對較低。正如我們從10號展館看到的那樣，可以使用自動化來優(yōu)化流程?！霸谖覀兊拇髲d里，機(jī)器人承擔(dān)著裝卸機(jī)器的任務(wù)，” Rainer Eder-Spendier解釋說。因此，很少有人參與生產(chǎn)過程。實(shí)際上，即使在周末和夜班期間，也可以在一定時間內(nèi)無人參與的情況下運(yùn)行生產(chǎn)過程?！?為了做到這一點(diǎn)，這些單元配備有進(jìn)料裝置，例如轉(zhuǎn)盤和進(jìn)料傳送帶。工人手動將這些零件裝入要加工的零件。因此，根據(jù)準(zhǔn)備好的工件數(shù)量和機(jī)器要執(zhí)行的任務(wù)，機(jī)器人可以使用長達(dá)8個小時的庫存。

機(jī)器人還執(zhí)行次要任務(wù)，從而提高了生產(chǎn)率。Rainer Eder-Spendier舉例說：“在我們的某些單元中，機(jī)器人將螺旋油的螺紋切成預(yù)先鉆孔的孔，而機(jī)床則在加工下一個工件?！?在大多數(shù)單元中，工件去毛刺是機(jī)器人執(zhí)行的另一項(xiàng)任務(wù)。以此方式，有效地利用了等待時間，并且由于減輕了機(jī)器的加工任務(wù)，例如鉆孔和銑削操作落入+/- 0.2 mm的公差范圍內(nèi)，因此縮短了單個零件的生產(chǎn)時間。因此，可以在機(jī)床上更好地利用寶貴的加工時間，并且可以生產(chǎn)更多的零件。

機(jī)器人+機(jī)床

實(shí)際上，第10號展館中的一個機(jī)器人單元可能看起來像這樣：制造商Grob生產(chǎn)的三臺機(jī)床可使用30多個系統(tǒng)托盤，因此可以快速靈活地響應(yīng)各種要求。工人將要加工的工件夾緊在轉(zhuǎn)換站的夾緊裝置中。接下來，將組件與托盤和固定裝置一起裝入單元。KR 600 R2830 FORTEC機(jī)器人執(zhí)行各個步驟的鏈條，并將材料從機(jī)床運(yùn)送到返修單元，在返修單元中完成金屬零件的加工，例如去毛刺，鉆孔或配備螺旋油。機(jī)器人通過線性單元接近三臺機(jī)器，然后將完成的零件帶回到相關(guān)的操作員位置。工人松開夾緊裝置，

在另一個具有制造商海勒（Heller）制造的兩個加工中心的單元中，過程類似。借助氣動夾具，KR 500 L480-3 MT FORTEC機(jī)器人拾起已放置在轉(zhuǎn)盤上的工件并將其裝入兩臺機(jī)器之一。為了使其能夠交替加載兩臺機(jī)器，將機(jī)器人安裝在線性單元上。四個進(jìn)料站可提供足夠的原料。一旦機(jī)器中的加工過程完成，機(jī)器人就會在轉(zhuǎn)換站對零件進(jìn)行去毛刺。最后，機(jī)器人將零件放到轉(zhuǎn)盤上。

Burkhardt + Weber公司的機(jī)床也由KR 500 FORTEC機(jī)器人進(jìn)行裝卸。加工連桿臂和旋轉(zhuǎn)柱的機(jī)床配備了一個雙托盤更換器：一個托盤容納連桿臂的夾具，另一個托盤容納旋轉(zhuǎn)柱的夾具。當(dāng)機(jī)器人將工件裝載到一個托盤上時，機(jī)器將對夾緊在另一托盤上的工件進(jìn)行操作。

自動化和聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢

Rainer Eder-Spendier說：“自動化使工人的工作變得非常容易，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，工人不再需要手動將重的工件裝載到機(jī)床上。” 僅要求工人提供材料。但是，這需要更少的時間和精力，這意味著該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率。另一個優(yōu)點(diǎn)：不需要擁有專門針對機(jī)器人的專業(yè)知識來執(zhí)行去毛刺任務(wù)。

單元切換到該模式后，便可以使用KUKA.CNC軟件（如常規(guī)機(jī)床）以G代碼操作它們。記錄的數(shù)據(jù)，甚至是與KUKA以外的公司制造的組件相關(guān)的數(shù)據(jù)，都可以在云中使用。這樣，就可以始終具有對當(dāng)前生產(chǎn)過程的完全可見性和完全控制權(quán)，實(shí)現(xiàn)更高的透明度并始終優(yōu)化任務(wù)計劃。

雖然德國的工業(yè)制造在新世紀(jì)以來一度不景氣，但從庫卡工廠，卻看到德國本身的自動化技術(shù)仍然走在世界前列。