KUKA机器人有限公司机床行业经理Winfried Geiger

作为全球领先的智能化解决方案提供商，KUKA在汽车、电子、消费品、金属制品、物流/电子商务、医疗卫生和服务型机器人等行业向客户提供从部件、单元到自动化系统解决方案。近年来，KUKA机器人在机床行业可谓动作频频，本期专题特别邀请KUKA机器人有限公司机床行业经理Winfried Geiger探讨KUKA对于机床行业自动化技术及市场未来发展趋势的见解。

Q：您怎样看待当前自动化技术在机床行业应用情况？面临哪些机遇与挑战？

Winfried Geiger： 与其他的工业分支相比，自动化技术在机床行业的应用并不乐观：仅有5％的机加工过程运用了自动化的生产，而只有2％是由机器人参与了自动化，人工作业仍然是很普遍的现象。

目前为止，机器人的编程调试和运行维护是机床制造商和PLC程序员面临的主要问题。大型的生产线在规划和设计时，并没有将不同接口协议的机械设备之间能否正常进行通信交换信息考虑进去。一般来说，机械设备在出厂时会提供与其他设备进行通信接口的说明文档，但是，一旦生产线投入运行，其功能往往与预期有所不同，而对接口重新进行编程又需要大量的经费和时间，这也是为什么至今机床行业仍未充分挖掘自动化技术应用的原因。
值得一提的是，当前有一个方案可以解决机床行业通信接口的问题。德国机床制造商协会VDW已经意识到行业所面临的挑战，并且开发了一个灵活适用的标准。VDMA 34180中定义的标准能够将机器人简单地集成到生产制造系统中，并有望成为一个ISO标准。为满足不同生产制造系统的需要，这份新起草的标准采用模块化的设计思路 - 适用于自动化设备（例如传送带、桁架机器人、多关节机器人，机床进行上下料的应用场景）。该标准可能会激发该行业的自动化需求。

Q：机器人应用在机床中有哪些优势？

Winfried Geiger： 首先，机器人工作具有很高的精度，即使在对具有复杂外形的重型工件进行上下料时，几乎不产生废品率。搬运重型工件时，其精度也能防止夹具或机器的碰撞和损坏，有助于大大降低机床的维护成本。其次，机器人可以进行可靠的持续工作，昼夜不停，24小时后的性能保持如初，有助于最大程度地降低停机成本。因此，通过使用机器人，机床生命周期中两个相对较高的成本因素，均得到显著的降低。在全自动化生产过程中，机器人还可以提高机床的生产潜能并降低单位劳动力成本，即机器人能提高机床的生产效率和价值。以实验室测试为例，在没有机器人的情况下机床只能达到70%的利用率，而在有机器人的情况下其利用率几乎是100%。

Q：《中国制造2025》和工业4.0在多大程度上加速了机器人的发展？

Winfried Geiger： 机器人是《中国制造2025》和工业4.0大力发展的核心产业。作为最具柔性的设备，机器人将和云端一样，在生产制造中扮演关键性的角色。机器人能从云端接收生产指令并准确无误地执行指令，可实现不同大小生产批量的个性化需求。机器人也可以将运行状态等数据反馈到云端，云端通过对该数据进行分析和处理，为提高产品质量和优化生产流程提供建议。通过KUKA.Connect和SmartProduction，KUKA已经能为客户提供关于云端的整体解决方案平台，这个平台不仅可以连接机器人，还可以连接诸如机床之类的其他生产设备，通过对运行数据的收集和分析，为经营决策奠定可靠的基础，因而基于机器人的自动化是必不可少的一个环节。

Q：KUKA机器人可以在哪些方面协助机床完成自动化作业？

Winfried Geiger： 机器人和机床是紧密配合、协同工作的。如今机器人已经可以快速准确地将毛坯件搬运到机床，并移走已加工完成的工件。未来的生产制造对于这种物流自动化提出了更高的要求，比如要求生产节拍最短、设备使用率最高、系统更具柔性。

机器人可以有效地利用机床非生产时间，执行如钻孔、清扫或去毛刺等任务。机器人也可以接管机床的部分任务，从而缩短机床生产某个工件的加工时间。对于需要精密加工的零部件，机器人还可以在上游进行粗加工，使机床进行精加工即可。在打磨应用中，大约一半的打磨单元已经用上了机器人。机器人还可以可靠地用于贴标和测量应用，从而实现了质量控制的自动化。

Q：机器人或将取代机床吗？未来，机器人在机床上的应用会有哪些发展趋势？

Winfried Geiger： 用于机床行业的机器人中，大约60%是用于搬运任务，比如抓取工件、改变工件的姿态，大约20%是用于零点快换夹持系统，只有大约5%的机器人是用于机加工或者连接多台机床。因此，机器人不能并且也不会取代机床的核心任务，但可以承担部分辅助任务，从而提高机床本身的生产效率。

按照目前的生产趋势，尤其是生产物流的趋势，机器人用于机加工任务或者连接多台机床任务的比例将会增加。当机器人被用于连接多台机床时，机器人可以固定安装，同时对多台（通常是2到3台）机床进行上下料，也可以安装在轨道系统上- 即所谓的线性轴。对于更远的距离，也可以使用KUKA具有自动导航功能的移动平台。通过把具有自动导航功能的移动平台和高精度高可靠性的机器人结合在一起，KUKA创造了一种更高效和柔性的生产方式，既满足了未来客户的生产需求，又引领了自动化行业的发展。

Q：具有自动导航功能的移动机器人如何充分满足机床用户定制化的需求？

Winfried Geiger： 客户对定制化产品的需求，需要生产制造更具柔性，如通过将生产中所有相关系统联网，并使其具备极高灵活性，使生产模式从大规模批量生产转变为大规模定制生产。在这样一个未来的工厂中，结合自动导航平台，机器人将“学会走路”并灵活地移动到不同的生产部门，而不是僵硬地站在安全围栏后面。届时也不再需要将工件运送给机器人，取而代之的是机器人会直接移动到工件或机床所在的地方。同时，移动机器人系统也适用于人机协作模式。可以借助合适的机器人类型，就像KUKA的LBR iiwa，这款支持人机协作的可移动机器人可以作为像操作人员的新同事一样直接支持他的工作。例如，KMR iiwa可以独立地从仓库取出刀具并将它们装载到机床的刀库中，而无需额外的安全设备。操作人员仍然可以不受妨碍地使用机床。仓库与机床间或不同机床间的工件运输也能以同样的方式进行。如果生产工序发生变化，所改变的只是移动机器人所行走的路线，而不是整个车间的设备布局。生产制造过程调整到了最大柔性，而不是被僵化的按顺序生产的自动线所固定。

随着《中国制造2025》战略的积极部署，国民经济从高速发展阶段过渡到高质量发展阶段，中国机床市场的需求结构也正面临迭代升级。KUKA在为更多领域赋能的同时，力求以创新精神和精湛技术助推机床行业迈向“智造”新征程！

摘自《自动化博览》2018年5月刊