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干货|从机器人到数字化工厂—杭州新松机器人研究院院长陈立

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数字化工厂架构

新松是我国有考证的最早的数字化智能工厂的提出者和实践者，目前也是国内数字化工厂案例最多的公司，领域覆盖面广，包括汽车及汽车零部件、石油化工、电梯装配线、消费电子装配线、等多种行业，浙江省民营经济繁荣，杭州新松更是拓展各类民用行业，比如某著名品牌咖啡厅室外遮阳伞生产的无人化工厂、著名别墅实木木门打磨、装配、检测、存储一体的无人化工厂。

整个数字化工厂的规划可分为三个方向：一个是仓储、一个是物流，另外一个是机器人的工作单元，以现代信息技术为串联，涵盖自动装配生产线、自动检测生产线、自动校核生产线等成套装备；生产管理新系统对执行设备的调配，联通ERP对接客户，可实现定制化下单，无纸化订单的下发，设备定制化生产；

如下：车间的物流由立体仓库、智能仓储系统来替代传统仓库，未来由于人口数量的增加，厂房越来越珍贵，算容积率高、单位面积的纳税额高是现代制造企业最求的目标，所以物料的仓储业往空间发展；而AGV物流车的应用，也减少了工人在工厂中繁重的搬运工作，提高了工厂的物流效率；机器人与CNC的加工、检测工作站的配合，也大大的提高了生产效率；

数字化工厂减少了30%的产品上市时间，减少了65%的设计修改时间，降低了成本，减少了工艺生产环节的介入。

物流方面还有一些无人的AGV，目前做到3吨重，精度0.1，会广泛使用在汽车行业里面。

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工业机器人

接下来重点讲一下工业机器人，自动化行业里皇冠上的明珠，为什么是工业机器人呢？工业机器人是智能制造的基础工具、数字化工厂的螺丝刀、制造业厂房的必须品，能够缩短非标生产线的产品研发周期；提升整体系统的稳定性；多台机器人协同工作，提升了生产节拍；具有强大的开放性，符合数字化工厂、工业4.0中的总线通信；设备相对非标执行机构非常保值；而且具有一定的观赏性，工作时和人手的工作状态十分相近。

涉及的应用领域目前涵盖了点焊、弧焊、码垛、装配、打磨、抛光、喷涂、机床上下料等各种作业，广泛应用于汽车及零部件、工程机械、电力、电子、家电、电梯、烟草、食品、医药、纺织、五金、低压电器、机械电子等国民经济重点领域。

盘古开天地，最早的工业机器人应用是用于传统的搬运码垛行业，将人从重复繁重的搬运中解脱出来，提升了工厂中物料的标准化，大大的提高了生产效率，其中机床上下料是一种延伸的应用，但由于人员工资和性价比方面的问题，我国在机床上下料领域的应用，基本上基于一个工位加工在30秒左右的CNC工位，一台固定的工业机器人对应三台机床，成品字型，对应四台机器人自身的一轴限位就较为尴尬，当然也有一台机器人装配外部第七轴做上下料的工作，这个都要依据应用客户的预算和他的生产节拍来定制方案。

工业机器人最传统的应用之一点焊应用，我去过山东德州的一些电动助力车的制造厂，这个人工工位是依旧存在的，4到6名工人拿着50公斤的点焊工具，围着一个车架在进行拼焊工作，大夏天，一干就是8个小时以上，大汗淋漓十分幸苦，而且车间的噪声较大，对人工的身体健康是严重的印象，正规的汽车生产厂，工业机器人就很好的替代这个工位的工作，由6台及以上的200公斤负载能力的工业机器人对白车身进行点焊，大大的释放了劳动力，确保了产品的稳定性，不会有漏点漏焊的现象，一下视频就是我们公司的工业机器人在某国内汽车厂点焊工作的状况；弧焊也是比较常见的应用，就不介绍了。

机器人喷涂替代的也是环境较为恶劣的行业应用，我国的版式家具的生产量出口量居全球第一，而早期家具的生产加工还是大量的采用了人工生产，机器人喷涂就替代了一部分老油漆工的工作，板式家具讲究薄喷多次，利用机器人可以很好控制油漆的高度、流量、雾化，来回喷漆扫枪的一致性也是无可挑剔，右图就是我们机器人对椅子脚的喷漆。

DELTA和SCARA机器人大量的用于食品包装以及电子装配行业，配合视觉相机在产品的后端做包装的搬运取料工作，由于通常是一个传输线到另一个传输线的小包装大包工作，所以通常是4个电机4自由度的机器人，用于位置的变化，姿态角只有一个旋转度，因为运动学模型所致，速度极快，目前最快的可以做到220次每分钟的抓取，工业总线技术和虚拟软件分配工作的应用，使多台机器人协同工作实现可能，而且任务分配也更趋于合理，不至于前面的机器是120%的工作负荷，后面只有40%的利用率，设备的维护保养也可以确保。

现在讲智能制造，智能融合的工业机器人应用越来越被广泛的用于工业生产，那对工业机器人本身的要求也要一定的提升，传统控制非自主的工业机器人，提升空间就较为有限，需要跨公司的合作，而当都是自主开发的情况下，高性能电机、伺服驱动的开放性，可提升机器人的轨迹精度；控制器通信技术的提升，可使机器人对外界信号的判断提高响应时间；信息技术的应用，使机器人更聪明，脱离人工示教；先进控制算法的应用可以对串联结构进行重力及摩擦力的误差补偿；

所以就有了以下行业的应用拓展，激光焊接、激光切割行业，传统的激光切割机占地面积大，设备一次性投入的成本高，而工业机器人提升精度、速度后倒挂式安装，外挂一个激光切割头也可以做一样的汽车钣金件的三维切割工作，占地面积小，成本可能只有五轴激光床的1/3，但速度方面还是需要提升，这是未来全球各家具有工业机器人设计能力的公司所要研发的方向。

机器视觉是最近较火的课题，特别是机器视觉用于无人驾驶，而工业生产中知否需要视觉的介入，答案是肯定的，风扇吹箱子的案例其实是取巧的方式而限制了生产型工厂的规模化、一致化发展，人类有两个主要的传感器，一个是视觉、一个是触觉，视觉传感器及工业相机在工业领域的领用对产品具有测量、判断、追溯能力；随着3D双目视觉的骤步成熟，乱筐取料成为了可能，大量的少了夹具工装的定制，例如一个化妆品企业，化妆品罐子从注塑机出来，可以凌乱一筐直接送达上料工位，而不需要人工检料，由机器人配合立体相机实现上料。

另一个传感器触觉传感器的应用，首先在机器人生产制造行业，实现了电机输入轴装RV减速机的应用，使机器人生产机器人成为了可能，再说一个好玩的应用，高档车座椅有多种电子元器件，例如电暖器、压力传感器，但怎么才能检测电子元器件的寿命呢？原来是一个200斤的工人一直坐，挤压这个座椅，直到传感器坏掉，现在有了新的技术，利用一台工业机器人加力传感器加半个仿人型的假人，模仿人坐座椅的挤压、挪动、摩擦，不仅可以批量测试汽车座椅中电子元器件的寿命，还可以根据力传感器的反馈程度，检测座椅的发泡程度是否合格。

越来越多的工业机器人需要和同类或大型的机械协同工作，在自动化程度逐步变高的中国，机器人与人的协同工作越来越成为需要，安全性成为挑战，机器人与机器人协同工作时需要直到自身的坐标和自身手臂的坐标位置，机器人自身需要具备安装装置，不管是伺服电机电流值的设置，还是安全外套的装配，还是扭力传感器在伺服电机后端的添装，都是为了更安全的进行生产。

我们以前跑现场应用，常需要教现场的操作工使用工业机器人，而操作工一旦具备这项技能后，跳槽也变得平凡，老板们就跑回来问我们，有什么方案，信息技术的融合，图形图像学的使用，结合CAD/CAM,实现了远程操控机器人，离线软件的使用使机器人跑出人工示教不能达到的曲面轨迹，使产品更柔顺漂亮，离线软件的拓展，更成为数字化工厂、工业4.0的可视化窗口。

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螺丝钉

一个巨型的执行机构或者数字化工厂，都是由一个一个零部件构成的。国产机器人的生存空间在进口机器人的挤压下，如果维持技术创新不变，空间不会变大，会越来越被挤压，我们只有具有自主的创新能力和自主的设计能力，还要有扎根基础，注重细节的螺丝钉精神，长期坚持不断做一件事情，才可能吧工业机器人越做越好，同时注重应用开发和工艺方面的融合，才能把产品的技术特长发挥出来，同样也要跟齿轮和螺丝钉一样，注重各环节衔接，才能搭建巨型的数字化工厂。

同样，大学生在创新创业方面，也要从螺丝钉做起，一定要尊重资本，企业还是以盈利没目的，资本对你的投资也是基于你和团队的经济效益产出；而技术输入这块，就像学校的学生，需要尊重知识、尊重技术，但是技术不是唯一性的，企业创业不是高校也不是研究所，重中之中是要注重市场营销，市场营销是才是企业生存救命稻草。产品的研发设计要跟生产相结合，生产没有在高校中想象的那么简单，很多时候都是时间和经验的修炼，对每某一个工艺要用什么样的设备，要用什么样的加工方式，什么样的材料，这些都是根据时间的经验积累才能了解，这些实际情况并非在书本上面能找得到的。企业的持续发展，你自己作为一个创始人或者CEO，要持续进行一定的创新，不断地进步才能让你的企业有持续性的发展。

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关于新松

新松公司，隶属于中科院沈自所，公司名字的由来是为了纪念中国机器人事业的主奠基人，沈阳自动化所所长，"863"计划自动化领域首席科学家。

杭州新松于2010年注册成立，注册资金2亿元，坐落于杭州其中一个国家级产业集聚园区大江东工业园，占地430亩，现设有工程、研发、生产三大技术部门，研发更是有省重点企业研究院、院士专家工作站、博士后工作站等；

文章来源：本文内容来源于机器人大讲堂走进百所高校•西北工业大学站，杭州新松工业机器人智能装备研究院院长陈立发言内容