通胀高企、劳动力成本上升、用工荒、能源危机、混合办公等因素,2022年制造业经历了明显的动荡。虽然部分问题已经开始缓解,但预计2023年对制造业来说仍然是充满挑战的一年。行业。
福布斯最近发表了一篇文章《2023年5大商业趋势,每个人都必须做好准备》,列出了制造业的几个关键转变。制造业务中最有趣的转变之一是数字化转型的趋势。数字化转型和工业 4.0 多年来一直是一个流行词。然而,尽管名称很花哨,但数字化转型对于制造商来说往往是一个模糊的概念。我们为数字化制造可以解构为两大主题:安全的人机交互(HRI)以实现更高的生产力和提高材料和货物运输的自主移动水平。这些主题最终是由尖端传感器技术实现的。
传感器在实现智能工厂和高效制造方面扮演着关键角色。下面是一些主要的应用场景和功能:
(1)数据采集
质量监控:传感器可以实时监测产品质量,例如温度、压力、湿度等,以确保每一件产品都符合质量标准。
设备健康监测:通过振动、温度和声音传感器,可以实时了解机器的运行状态,从而预防故障。
(2)自动化与控制
工艺优化:传感器提供的数据可以用于优化制造流程,降低废品率和提高生产效率。
自动控制系统:在一个集成的环境中,传感器可以自动控制设备(例如:自动关闭/启动机器、调整生产速度等)。
(3)实时监控与决策
远程监控:传感器数据可以远程访问,方便管理人员随时了解工厂状态。
数据驱动的决策:基于收集的数据,公司可以做出更加明智的决策,如何分配资源,何时进行维护等。
(4)可持续性
能源效率:能源传感器可以监控能源使用情况,识别浪费的区域,并自动调整以节省能源。
废物减少:通过实时监控,传感器有助于识别和减少废物和排放。
(5)供应链与物流
实时追踪:在供应链中使用传感器可以提供关于物料位置和状态的实时信息。
库存管理:通过传感器,可以更准确地了解库存量和需求,从而优化库存。
(6)安全性
环境监控:例如,有毒气体或危险化学品的泄漏可以通过气体传感器实时检测。
人员定位:在紧急情况下,例如火灾或其他安全事故,传感器可以快速定位人员,以便于紧急救援。
通过这些应用,传感器不仅提高了生产效率和质量,还有助于实现更加可持续和安全的制造环境。这正是智能工厂和高效制造所追求的目标。
安全的人机交互可实现更高的生产力
在制造业中使用机器人/机器时,安全始终是首要任务。机器人可能会给工人带来多种危险。例如,虽然工业机器人被设计为在与人类保持安全距离的情况下运行,但这些设备传统上缺乏识别邻近人类所需的感官技能。近年来,随着协作机器人(cobots)的快速采用,人类操作员直接暴露在机器人的工作空间中,这可能会导致进一步的碰撞、风险和危险。为了减轻安全问题,IDTechEx 已经在机器人上安装了多种传感器,例如力和扭矩传感器、激光雷达和触觉传感器,以使其具有更好的环境感知和避碰能力。传感器在机器人中的关键应用之一是接近检测和碰撞检测。接近检测可以使用光电传感器(光电围栏)、激光雷达、电容式接近传感器来实现。光电传感器/光幕可以成为工业机器人的理想解决方案。安全光幕由发射器和接收器组成。发射器发射调制的红外光,接收器接收该红外光以产生光束阵列(也称为光幕)。当操作人员进入或被防护网阻挡时,光接收电路通过内部控制电路做出应答,向机器输出信号,使机器减慢或停止运行,从而防止潜在的潜在危险的发生。碰撞。
相比之下,在碰撞检测方面,协作机器人通常使用力和扭矩传感器。与工业机器人不同,协作机器人与人类在同一工作空间中工作,这意味着物理光幕/围栏是不够的。IDTechEx 注意到,大多数商业化协作机器人的关节处至少配备了一个力/扭矩 (F/T) 传感器。F/T 传感器有两个主要功能,包括力测量和碰撞检测。F/T 传感器通常安装在机器人末端执行器周围以测量力。根据不同的任务,需要预先设定力的范围,当碰撞发生时,传感器检测到的力或扭矩将超过预先设定的范围,从而通知机器人停止运行。随着HRI安全要求的不断提高,预计将安装更多的 F/T 传感器。大多数协作机器人在此阶段安装了一个 F/T 传感器,通常安装在末端执行器周围。然而,IDTechEx 注意到,一些协作机器人 OEM(例如 Franka Emika)开始在所有关节上采用更多扭矩传感器,以实现更好的力控制和碰撞检测。
提高自主移动水平
自主移动性是机器人自主性最重要的部分之一。自主移动要求机器人具有导航、定位和避障的能力。在制造业背景下,移动机器人,特别是自动导引车(AGV)和自主移动机器人(AMR)将用于物料运输。移动机器人的自主移动功能是通过激光雷达、摄像头、超声波传感器等传感器实现的。不同的传感器各有优点和缺点,在现实中,多个传感器通常相互组合使用,以达到最佳的整体性能。例如,激光雷达相对易于使用,并且不受恶劣天气的影响。然而,激光雷达通常成本较高。相比之下,摄像头或图像传感器是唯一可用于物体分类/识别的传感器,但在恶劣天气或能见度有限的情况下,它们的性能较差。在制造业方面,摄像头将被越来越多地采用,因为这些机器人往往在控制良好、光照稳定的室内环境中工作。现阶段,制造业中的许多室内AGV都可以实现3级自主,这意味着机器人车载系统可以实现大部分自动驾驶任务,并且一名操作员可以同时监控多台AGV。随着 4 级和更高级别自主化的趋势,将会采用更强大的传感器。
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