机器人是工业4.0难题的重要组成部分。未来的智能工厂将依赖于新型机器，比如相互连接的协作和移动设备。人工智能(AI)、云计算和数据分析也将使工业机器人比以往任何时候都更可靠。
启用Industry 4.0的机器人技术的目标是零停机时间和最大效率。随着机器人使用更多的传感器，并变得更加数字化，它们将变得不那么容易受到干扰。
计划外的工厂停工是当今制造效率低下的最普遍原因之一。实时发现装配线上的一个小故障，并对其进行重新配置，可以提高生产率，减少错误，提高质量。
爱普生机器人(Epson Robots)产品开发总监里克•布鲁克希尔(Rick Brookshire)表示:“工业4.0和物联网通过收集实时数据、人工智能和设备互联，提高了以前手工任务的自动化程度。”“这些工业4.0元素正在帮助工厂实现更高的投资回报。
“实现的一致方式是通过帮助减轻停机时间，在工厂设置中可能是灾难性的，”布鲁克斯郡警告。“通过允许机器人更积极地通信信息，例如循环时间，输出速率和维护问题，进入监控系统，可以更好地监控和评估为[机器]优化和预防性维护的[生产过程]。
“此外，[工程师]对了解机器人的健康状况非常感兴趣，”Brookshire指出。他说:“对汽车寿命等问题的深入了解也起到了一定作用。如果工厂经理能在机器人发生故障之前更好地了解机器人的潜在问题，这在减少停工时间和生产力损失方面将是巨大的。”
“我们已经看到一些主要制造商对投资互联互通和工业4.0技术越来越感兴趣，特别是在航空航天、汽车、耐用消费品、电子和医疗设备等行业，”克里斯·布兰切特补充说。FANUC美国公司全球客户执行董事:“我们的一些大客户在采用工业4.0方面有全球倡议。在未来的五年内，互联互通将成为一个重点。
布兰切特说:“对机器人具备这些功能的需求正在成为一种要求，而不是一种选择。”“很多公司意识到收集实时的、与工艺相关的数据可以帮助提高生产效率和产品质量。他们可以了解他们的流程目前是如何工作的，以及他们可以在哪里进行改进。
布兰切特说:“通常，当制造商看到机器人的好处时，他们只关注于减少员工数量。”“添加工业4.0特性将帮助他们实现自动化对业务的总体影响和价值。
布兰切特解释说:“从机器人的角度来看，工业4.0很重要，因为它将使制造商更好地理解自动化如何提高过程效率、产品质量和安全。”“数据将帮助他们更清楚地了解为工厂增加机器人的价值。”
工业4.0有几个关键元素适用于机器人，包括连接性和数据。连通性是最基本的元素。如果机器不以某种方式连接和收集数据，就很难获得任何价值，这些数据通常是从嵌入在控制器、机器人手臂和末端工具中的各种传感器收集的。
利用这些数据也很重要。它使工程师能够积极地对可以分析的历史报告和趋势限制等事情作出反应，从而促进维护工作。
除此之外还有预测分析，即在实际发生之前就能理解将要发生的事情。未来，人工智能将在这一过程中发挥关键作用。
传感器是工业4.0技术的眼睛和耳朵。它们提供了关于机器人当前运行状况的各种信息，如抓手压力、手臂位置、电机温度或振动。
ABB Robotics技术支持经理David Quevedo表示:“工业4.0以通信和连接为中心。传感器测量机器内部和周围发生的事情，并产生数字数据，由软件进行分析。然后将其转化为信息，[工程师]可以实时应用，以改进和调整他们的生产过程。
“数字化是指在互联的数字制造生态系统中共享和分析数据，”Quevedo补充道。“工业4.0对机器人行业很重要，因为它为最终用户提供了生产改进。
Quevedo解释说:“这些见解可以帮助提高整个生产周期的效率和可靠性，从工程和调试到操作和维护。“数字化提高了整个价值链的效率。”
然而，人们对工业4.0以及它对机器人行业意味着什么仍然存在一些误解。
布兰切特解释说:“很多人认为这只是连接设备和收集数据。”“工业4.0实际上是关于基于通过连接收集的数据做出商业决策。工程师需要从数据中寻找意义，并将人工智能纳入其中，以提高工艺效率和生产设备，最终实现零停工。”
零停机
尽管工业4.0技术正在迅速发展，但制造工程师已经有了各种各样的工具来提高机器人的生产率。可选择的系统包括专有系统，如ABB Ability, FANUC FIELD和ZDT，以及KUKA Connect，以及第三方系统，如Tend Robotics的Cell.Mate。
工业4.0技术的第一个机器人应用出现在几年前的汽车行业，当时通用汽车与思科和FANUC合作推出了一个名为ZDT的零停机程序。
ZDT是一种预测分析服务，可以识别潜在的故障，以便工程师和工厂经理可以安排维护和维修，避免在生产过程中出现意外故障。云计算操作的目的是避免任何计划外的停机时间，从而节省制造商的时间和金钱。
布兰切特说:“预测分析可以让工程师在故障发生之前就知道何时会出现故障，这样就可以在不造成停机的情况下解决问题。”
通用汽车用于涂装、点胶和焊接的机器人连接网络足够聪明，能够知道什么时候需要维护，从而不会出现故障。随着技术的发展，该系统将更多地转变为过程中自适应工具，机器人可以监控和自动调整自己的性能，以获得最大的生产力。
超过10,0000多个连接的机器人以后，该计划的成功取得了巨大的成功。自计划开始以来，通用汽车已经能够避免超过100个重大的非经济型下降时间。考虑到60秒的停机时间可以花费多达20,000美元的车手，那些节省的储蓄是非常重要的。
许多行业的制造商也在投资配备传感器和控制器的机器人，这些机器人可以利用人工智能、数据分析、数字双胞胎和其他工业4.0技术。
事实上，FANUC目前在全球有超过2万个机器人连接到其ZDT系统。据称，ZDT分析已经成功发现了潜在的设备问题，并通知客户采取纠正措施，避免意外停机，在超过600个案例中，为这些公司节省了超过7500万美元。
“ZDT的价值适用于每一个制造商，”发那科美国公司的工程和ZDT产品开发总监Joe Gazzarato说。“无论身处哪个行业，保持稳定的生产正常运行时间和降低成本的前景都是一种竞争优势。
Gazzarato说:“现在，制造商们意识到ZDT不仅仅是为了避免停机时间。”ZDT允许用户最大限度地提高产量，优化维护成本，增加机器人的寿命，并通过门户网站从任何地方访问数据。”
“我们不断地从我们已经收集的所有数据中了解到更多信息。”,布兰切特补充道。“基于我们正在学习的信息，我们正在增强我们的分析能力，并增加更多价值。我们对机器人内部的了解越多，我们就能更多地了解机器人周围影响制造过程的所有元素。
布兰切特指出:“当你采用工业4.0机器人技术时，你不需要淘汰所有的机器。”“你当然可以从现有的机器人中获得一些价值。事实上，我们的许多老产品都可以使用ZDT进行调整或增强。但是，如果你想获得最大的利益，你就应该专注于更新的产品。”
数字工具
除了ZDT之外，FANUC还有一个更新的Industry 4.0增强产品FIELD (FANUC智能边缘链接和驱动系统)，这是一个面向第三方开发者的开放平台。
布兰切特说:“FIELD让我们将连通性扩展到产品之外。”“它使我们的客户能够实现ZDT的价值，但对于工厂中使用的所有其他连接设备，如输送机和plc。”
开放式架构FIELD系统于2019年在日本发布，并将于今年晚些时候在北美上市。它包括两种类型的硬件:用于使用大约30个制造设备的小规模系统的FIELD BASE Pro，以及用于使用大约150个设备的大规模系统的Cisco UCS。
通过使用FIELD，软件开发人员和应用程序用户都可以自由创建应用程序和通信转换器，这些应用程序和通信转换器可以连接到各种类型的工厂地面设备。FANUC在该项目中的合作伙伴包括Keyence Corp.和Mitutoyo Corp.等工厂自动化供应商。
Blanchette说:“FIELD能够在整个流程链上进行全面的数据收集和分析，减少设备停机时间，同时提高运营效率和产品质量。”“未来，我们将为FIELD和ZDT添加人工智能能力。”
其他机器人供应商也为制造商开发了工业4.0选项，如ABB Ability Connected Services。该数字平台使客户能够安全地集成和聚合他们的数据，与更广泛的行业数据结合，应用大数据和预测分析，并产生有助于提高性能和生产力的见解。
Quevedo说:“这些见解有助于提高整个生产周期的效率和可靠性，从工程和调试到操作和维护。“数字化提高了整个价值链的效率。
“我们所有的机器人都已经做好了连接ABB Ability connected Services的准备，无论是无线连接还是硬连接，”克维多解释说。“该平台监控单个机器人或整个编队的健康和性能。
“今天，ABB Ability Connected Services监控全球750多家工厂的9000多台联网机器人，提供可操作的智能，使[工程师]能够在问题发生前解决可能导致成本高昂的计划外停工的问题，”克维多指出。
“ABB Ability Connected Services套件可以通过我们灵活的机器人护理服务协议进行定制，以满足特定工厂的独特需求，”Quevedo称。“这五种连接服务包括资产优化、备份管理、状态监测和诊断、车队评估和远程访问。”
ABB最近还推出了其他几款工业4.0增强工具，如OmniCore控制器和RobotStudio模拟软件。
“OmniCore为将机器人集成到数字工厂生态系统提供了极大的灵活性，并与ABB Ability Connected Services无缝连接，”Quevedo说。“它还可以方便地连接到各种现场总线协议、力控制和视觉系统。
“Omnicore包括阻止任何数据丢失的网络安全强制执行，从而关闭连接，数据和控制之间的循环，”添加Quevedo。“它还包括Safemove2，它将[传统]工业机器人转换为能够安全地与人类安全工作的协作机器人。”
RobotStudio是一款可在安装前进行编程、配置和虚拟调试的仿真软件。它提供了实体资产或系统的数字孪生，这样工程师就可以看到他们的工厂正在发生什么。
“离线编程工具使工程师能够在虚拟的3D环境中创建、模拟和测试一个完整的机器人安装，而不必扰乱实际的装配线，”Quevedo说。“这意味着新产品线可以更快地安装，并在调试过程中达到全速，而不会出现意外，这对于当今大规模定制化和更短产品生命周期的制造商来说是一个关键能力。”
“这不仅有助于(制造商)降低成本和耗时的风险，而且还缩短了新产品的上市时间，”Quevedo解释说。
库卡机器人的工业4.0系统被称为库卡连接。基于云的分析和智能平台允许工程师访问大量已转化为分析信息的数据。
KUKA Robotics北美销售和市场高级副总裁Simon Whitton表示:“通过连接，我们能够监控温度、速度和负载等情况，并预测预计的维护周期如何受到各种装配应用程序的影响。”
“为了在应用程序中获得最大的自由，KUKA Connect是平台无关的和垂直可扩展的，”Whitton解释说。“基于最新的后端架构，它实现了一个快速反应和易于操作的web用户界面，完全不需要安装任何软件，它可以在任何设备上运行。
“KUKA Connect逐步开发综合生产数据、创新制造流程、灵活网络和响应组件的全部潜力，”惠顿表示。“通过智能集成电子、移动设备、移动系统和通信基础设施的最新技术，它大大简化了制造过程的数字化。
“鉴于技术的快速进步和增加消费者的期望和欲望，制造商需要能够融入新的设计过程，同时同时提高其生产性能和效果，”惠特顿说。“库卡连接是建立OT和IT技术之间简单而无缝联系的第一步。
“通过KUKA Connect提供的统一软件框架，我们的机器人能够通过单一平台与各种服务和应用程序(交互)，”惠顿指出。KUKA Connect提供了利用数据分析和云计算来预测和持续提高生产效率、质量和灵活性的机会。
“Kuka Connect Platform不仅可以访问机器数据，还具有创造有意义的表示，历史和统计数据的智能，”惠惠on。“Kuka Connect利用领先的云，网页和移动技术，同时提供通用平台，便于跨各种基于库卡机器人的自动化流程和解决方案的数据交换。”
机器人的电池。Mate不需要编码技能就可以安装和使用来自各种供应商的机器人，包括ABB，电装，发那科，川崎，KUKA和UR。它提供预测分析以及机器人监控、分析和预防性维护工具。该软件程序监控机器人，并根据温度、扭矩和每个关节上的电流等因素创建数字签名。
当它检测到异常，细胞。Mate会发出一个警报，让工程师能够确定更改是由于机器人代码的某些更改，还是由于机器硬件出现的故障。例如，机器人耗电量的增加可能表明轴承或减速机正在磨损，尽管表面上没有磨损的迹象。
协作和流动性
随着工业4.0的发展，协作机器人和自动移动机器人(amr)将在智能工厂中发挥越来越重要的作用。
Cobots是一种更小、更灵巧的工业机械臂，可以实现人机协作，而不需要复杂的编程或外部安全基础设施。
ABI Research高级分析师Rian Whitton表示:“对于难以在综合自动化解决方案上投入大量资金的制造商来说，更灵活、更便宜的工业级机器人手臂的好处是一个很好的选择。”
“5G、云机器人和边缘人工智能的战略进展将使多个协同系统的性能更优越，”惠顿预测。“这将逐渐允许开发具有工业机械臂优势的协同机器人，同时保留现有协同系统的优点，包括易用性、投资回报率、可重新编程性、低占地面积和灵活性。”
万能机器人一直领导着各种易于使用的产品的协作charge，这些产品吸引了各种行业的大大小小的制造商。
“我们将工业4.0称为利用数字技术使机器人的应用和部署更容易，”通用机器人战略营销和应用开发高级经理乔·坎贝尔(Joe Campbell)说。“我们专注于用户界面和编程环境，包括与外部设备的链接。
“大多数cobots都完全兼容工业4.0的设计原则，”Campbell解释说。“它们配备了功能强大的车载电脑，可以互操作，在任何工厂环境中都可以轻松加入物联网。
坎贝尔指出:“协同机器人通过收集数据并将其传递给其他系统进行分析、建模等，提高了信息透明度。”“此外，协作机器人是经典的工业4.0产品，因为它们是通过软件更新和自身可编程性不断进化的数字[设备]。”
工业4.0技术还使制造商能够在装配线上使用更自动化的移动机器人(amr)。与传统的自动导航车辆不同，amr不需要外部基础设施来进行定位，并配备了传感器和摄像头来自动导航环境。
奥托汽车(OTTO Motors)首席营收官里克•贝克(Rick Baker)预测:“随着时间的推移，amr将不仅仅是一种物料搬运设备。”奥托汽车为卡特彼勒(Caterpillar)、通用电气(General Electric)和丰田(Toyota)等客户提供机器。“它们将成为预测数据平台，使制造商在主动扩建工厂时能够做出更好的决策。
贝克说:“我们目前正在与几家制造商合作研究熄灯应用。”“由于工业4.0技术的发展，长期以来人们谈论的愿景现在正越来越成为现实。”
