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工业自动化中的创新潜伏期

2021-07-09 来源:盐城机械信息网

工业自动化中的创新潜伏期

在发明之后的50到100年间,世界上许多伟大的技术才充分发挥其潜力。考虑印刷机。古登堡出版社发明后的第一世纪,书籍印刷数量惊人,但缺乏当前的实用性中国机械网okmao.com。为什么?仅仅是因为页面缺少一致的数字。

只是在缓慢地创新了一种参考和索引书籍中信息的方法之后,已经发明的印刷机才可以发挥其潜在的技术潜力。这里的创新潜伏期约为100年。相比之下,从全球互联网过渡到网络爬虫和页面排名的等待时间接近10年。

再举两个例子:蒸汽机的最佳用途不是用低压立式汽缸抽水,而是-100年后-用高压卧式汽缸牵引火车。液体燃料火箭发动机已经准备就绪,可以让机组人员信任Apollo 7,但是直到60年后的现在,重复使用发动机10次才能改变太空的使用范围。在这两种情况下,技术人员都可以识别出缺少的东西,什么阻碍了一项发明,然后将其全部付诸实施。

词典中“潜在”的定义如下:存在但尚未开发或显现的状态。今天这种延迟的最好的例子是工业自动化,它虽然不那么迷人,但却是现代世界中必不可少的一部分。用于自动化的现代软件与用于其他所有功能的现代软件之间的对比表明,我们正处于创新潜伏期的关键阶段。

工厂自动化停滞不前的日子

智能手机,疫苗冷却器,飞机以及介于两者之间的所有东西都需要大量的零件组装在一起。这是由人和机器人系统完成的。自1970年代中期以来,我们就已经在工厂中使用了具有六个电控关节和逻辑控制器的现代化机械臂。

这项发明为制造工程师提供了可重复的任意运动的力量-能够以所有六个自由度以任何方式移动任何东西的能力。经过50年的发展,此类武器的价格已急剧下降,并且只需几千万次的维护,它们的维护成本极低。

购买成本和使用寿命的结合意味着使用范围的扩大,但是如今的制造工程师与50年前的位置大致相同,并且可以重复地进行移动。配置成本是关键指标。对于今天所需的大多数组装任务而言,这还远远不够。

为什么?到底缺少了什么?古登堡机器人出版社还在等什么页码?我和我的同事们看到了两个最需要创新的领域:第一,来自过程的本地化反馈;第二,有效沟通意图。

延迟#1:本地反馈

本地反馈是指使用力,触摸,视觉和其他感官输入来感知实际环境并将其映射到模拟环境的反应性系统。对于移动机器人,即使在与地面互动时,Boston Dynamics一直在控制领域遥遥领先。将类似Spot的实时反应带入工厂的不同地形仍然是业内最大的机会。

我们在机器视觉方面看到了稳定的进步,但是在其他领域中使用的先进方法(例如自动驾驶)在工厂中的普及非常缓慢。推广这些方法的工作才刚刚开始:汽车在100米高的雾气下看到自行车,而大多数工厂视觉系统在高对比度照明下只能看到干净的几何边缘。

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工厂现在确实依靠某些视觉和深度摄像头,但最终,力和触摸反馈将更有价值。人们主要使用这些感官将事情放在一起,自动化也是如此,但是我们需要将感官移到过程附近。

例如,您可以从任何手臂的电动机关节电流中获得一些力信号,但在手腕上安装有称重传感器或在夹爪中的传感器的情况下,其在物理上更靠近过程(更靠近要处理的零件),并且您距离发生的事情也越来越近了。即使星球上的每个末端执行器(从简单的盒子移动器到外科手术机器人的末端执行器)都将从适当的合成拇指中受益,但触觉传感的进展仍然保持平稳。

延迟2:意图传达

意向沟通意味着任何高级技术人员都应该能够与工厂环境进行自信的互动。在当今的大多数工厂中,如果没有一组核心的专家同时在场,您将一事无成,其中包括最少的控制,系统,过程和机械工程师。这是因为每种软件仅与为其创建以几乎没有任何抽象的情况下运行的硬件相关联

在世界各地的每家机加工车间中,锋利的旋转金属都直接插入坚硬的稍软的金属块中。如果您自己进行了一些加工,您可能还记得第一天,当您在主轴前戴着微雾的眼镜站立时,通过缓慢转动颤动的旋钮消除了怀疑。

那天的直觉是正确的:机械加工几乎行不通。不会使铣削变钝或使零件变形的工艺窗口非常小。通过机械师可以与整个商店进行通信的方式,曾经是一种精心制作的手工艺品成为一种稳定的惯例。

现在,通过CAM进行加工–协同工作很愉快,向加工人员展示了大图,然后选择了编排,同时软件处理了数千行G代码细节。为什么我们不带机器人呢?人们为什么经常例行地直接编辑类似G代码的文件?

我们通常可以在6自由度下以10k RPM的速度使用硬质合金刀尖,但是当涉及到组件的编排时,我们就不走运了。为什么延迟在自动化中如此突出,而在机械加工中却不如此?合作机器人的兴起可能表明一个答案。

Cobots之所以变得如此重要,不仅是因为当他们遇到您时他们更加友好,而且因为当他们需要重新编程时它们更加友好。

诸如Universal Robots之类的领导者以及大多数主要品牌,都在尝试新的方法来使人们交流意图,例如,将手臂物理地移动到某个位置而不是慢跑。

随着协作机器人的速度,刚度和准确性不断提高,“通信友好性”的范围也随之增加。集成平台将这种通信友好性扩展到任何组装系统。

装配不像(工厂)生产线那样线性

生产线变成线-线性流-严格来说,并不是因为制造顺序,而是因为没有可维护的方式来处理任何装配的自然组成部分的可变性。在典型的部署中,结构化文本被编译到指令列表中,而与此同时,数字双胞胎机器人的动作被编译成类似G代码的代码。更改任何内容,您将需要重新编译。没有行级数据结构,并且已经定义了工艺的工具。

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