انقلاب ربات های همکاری: راه حل های تولیدی انعطاف پذیر برای دوران ادغام انسان و ماشین

با توجه به قدرت های دوگانه بازسازی زنجیره های ارزش جهانی و پیشرفت استراتژی "ساخته شده در چین 2025"،بخش تولیدی در حال تغییر عمیق از تولید سفت به تولید انعطاف پذیر استبر اساس گزارش جهانی تولید سال 2024 مک کینزی، 83 درصد از شرکت های صنعتی "امکانات تولیدی انعطاف پذیر" را به عنوان یک شاخص کلیدی برای تحول دیجیتال شناسایی کرده اند.ربات های همکاری (Collaborative Robot)، Cobot) به عنوان یک راه حل کلیدی برای چالش های تولید "خالص و کم حجم" به لطف ایمنی تعاملی منحصر به فرد، انعطاف پذیری استفاده،و قابلیت های هوشمند همکاریاین مقاله به بررسی چگونگی تغییر شکل روبات های همکاری در سیستم های تولید مدرن از سه دیدگاه می پردازد: معماری فنی، ادغام سیستم و همکاری انسان و ماشین.

I. تکامل فنی و موقعیت سیستم ربات های همکاری

1.1 ماهیت فنی همکاری امن

امنیت روبات های همکاری بر چهار ستون فنی تکیه دارد:

سیستم کنترل نیروی پویا: نظارت در زمان واقعی بر نیروی تماس از طریق حسگرهای چرخش شش محور. هنگامی که تماس غیرطبیعی بیش از 150N تشخیص داده شود،سیستم می تواند یک خاموش شدن ایمنی را در عرض 8ms (مطابق با استانداردهای ISO 13849 PLd)

درک هوشمند سه بعدی: به عنوان مثال، سیستم دید سری FH Omron در ترکیب با دوربین عمق ToF به دقت تشخیص موانع ±2mm در شعاع 3m می رسد

طراحی مکانیکی بیونیک: استفاده از قاب های فیبر کربن سبک وزن (به عنوان مثال، UR20 ربات های جهانی تنها 64 کیلوگرم وزن دارد) و تکنولوژی حرکت لاستیکی مشترک

دوقلو ایمنی دیجیتال: سناریوهای تعامل انسان و ماشین را در یک محیط مجازی شبیه سازی می کند؛ به عنوان مثال نرم افزار MotoSim Yaskawa Electric می تواند 98٪ از خطرات تصادف فیزیکی را شبیه سازی کند.۲ نقاط پایانی عصبی سیستم های تولیدی

در معماری صنعت ۴.۰، روبات های همکاری نقش پایانی در سیستم بسته "درک-تصمیم- اجرا" را بازی می کنند:

لایه جمع آوری داده ها: بیش از 200 ابعاد داده های وضعیت دستگاه، مانند چرخش مشترک و جریان موتور را از طریق اتوبوس EtherCAT در فرکانس 1 kHz بارگذاری می کند

لایه محاسبات لبه ای: مجهز به تراشه های هوش مصنوعی لبه ای مانند NVIDIA Jetson AGX Orin ، که تشخیص بصری محلی را امکان پذیر می کند (به عنوان مثال ، تشخیص نقص قطعات با تاخیر <50 ms)

لایه همکاری ابری: با سیستم MES از طریق پروتکل OPC UA over TSN ارتباط برقرار می کند.یک مطالعه موردی از یک تولید کننده قطعات هوافضا نشان می دهد که این معماری تاخیر پاسخ فرمان را از ثانیه به 200 میلی ثانیه کاهش می دهد.

۲. نوآوری های عملی در همکاری انسان و ماشین

2.1 مطالعه موردی بازسازی یک جریان ارزش ترکیبی

صنعت الکترونیک خودرو مثال:

کارخانه بوش در سوژو 12 روبات همکاری Staubli TX2-60 را در خط تولید کنترل کننده خودرو خود مستقر کرد و یک طرح ساندویچ ایستگاه کاری با کارگران را تشکیل داد:

حوزه های تخصص انسانی:

مرتب سازی توپولوژیک سیم های انعطاف پذیر (به بازخورد لمسی نیاز دارد)

بازرسی ظاهری ترکیبی (استفاده از مزایای تشخیص الگوی انسانی)

حوزه های تخصصی ربات:

قفل پیچ دقیق (دقت تکرار پذیری ±0.01mm)

توزیع خودکار خمیر رسانا (دقیقیت کنترل جریان ± 0.1μl)

این پیکربندی زمان تغییر محصول را از 4.5 ساعت به 18 دقیقه کاهش می دهد و تولید سرانه را 3.2 برابر افزایش می دهد.

2.2 ساخت یک سیستم تولیدی سازگار

پیشرفت در صنعت الکترونیک مصرفی:

کارخانه فاکس کان در شنجن از طریق مجموعه فناوری زیر انعطاف پذیری در تولید مادربرد تلفن های هوشمند را به دست می آورد:

سیستم برنامه ریزی دوقلو دیجیتال:

خط تولید مجازی ساخته شده بر اساس پلت فرم Dassault 3DEXPERIENCE

بیش از ۳۰۰ سناریوی برنامه ریزی تولید را ۷۲ ساعت قبل شبیه سازی می کند

گروه ربات های مستقل تصمیم گیری:

20 ربات KUKA LBR iiwa مسیرها را به صورت پویا از طریق یادگیری تقویت بهینه می کنند

موجودی کار در حال انجام 57 درصد کاهش یافته است در حالی که اثربخشی کلی تجهیزات (OEE) به 89.7 درصد افزایش یافته است

III. پیشرفت های کلیدی تکنولوژیکی در ادغام سیستم

3.1 نوآوری در پروتکل ارتباطات صنعتی

نسل جدید فناوری TSN (شبکه حساس به زمان) نقاط درد Ethernet صنعتی سنتی را حل می کند:

پس از اتخاذ سوئیچ های TSN B&R، یک شرکت دستگاه پزشکی، جیتر فرمان کنترل روبات را از ±3 ms به ±0.5 ms کاهش داد.

4.1 صنعت نیمه هادی: شیوه های پیشرفته در تولید دقیق

مورد 1: انقلاب در دستکاری وافره

یک تولید کننده پیشرو جهانی وافر، سیستم ربات متحرک کامپوزیت UAH را معرفی کرد و سه پیشرفت بزرگ تکنولوژیکی را به دست آورد:

موقعیت گذاری زیر میلی متر: از طریق فناوری جبران دید سه بعدی، دقت موقعیت گذاری افکتور پای دست رباتیک به ± 0.5mm می رسد.

سازگاری با اتاق تمیز: کل سیستم با استانداردهای کلاس 100 اتاق تمیز، با کنترل لرزش <0.1μm/s مطابقت دارد.
قابلیت کار مداوم: سیستم خودکار تعویض باتری از کار بدون وقفه 24/7 پشتیبانی می کند و نیاز به نیروی کار را 80٪ کاهش می دهد

مورد 2: ارتقاء بسته بندی و آزمایش

یک شرکت بسته بندی و آزمایش، راه حل ربات همکاری گیره برقی WOMMER را اتخاذ کرد:

به دست آمده 120 گرفت دقیق در دقیقه در فرآیند مرتب سازی تراشه

تضمین آسیب صفر به اجزای شکننده از طریق تکنولوژی کنترل نیروی

کاهش 45 درصد هزینه های تولید

چشم انداز آینده: نقشه راه فناوری تا سال 2030

5.1 پیشرفت در هوش دسته

تکنولوژی "روباتیک دسته" که در حال توسعه توسط موسسه فرانهوفر آلمان است:

بیش از 50 ربات همکاری یک سیستم تصمیم گیری توزیع شده را از طریق یک شبکه خصوصی 5G تشکیل می دهند

مکانیسم اختصاص وظایف پویا بر اساس الگوریتم های کلنی مورچه

به دست آوردن پیکربندی مجدد مستقل خط جوش بدن در یک پروژه آزمایشی در کارخانه بی ام دبلیو در لایپزیگ

5.2 تکامل همکاری های نوار ابر

خدمات ابری رباتیک ارائه شده توسط معماری Alibaba Cloud:

مهاجرت خواسته های محاسباتی مانند برنامه ریزی حرکت به ابر

هزینه دستگاه پایانی را 60 درصد کاهش می دهد

پشتیبانی از مدیریت همزمان میلیون ها دستگاه

نتیجه گیری: پذیرش عصر جدید تولید خود سازماندهی شده

هنگامی که روبات های همکاری با دوقلو های دیجیتال، فناوری های 5G و هوش مصنوعی ملاقات کنند، تولید به مرحله پیشرفته ی "خود درک-خود تصمیم گیری-خود اجرا" وارد می شود.شرکت هایی که مدل های همکاری عمیق انسان و ماشین را اتخاذ می کنند، محصولات خود را 5 تا 8 برابر سریعتر از رقبای خود به بازار می آورند.این انقلاب تکنولوژیکی که با همکاری امن آغاز شد، در نهایت چشم انداز رقابتی تولید جهانی را تغییر خواهد داد.