现在，我们正处于第四波工业浪潮中：新兴的数字技术产业被称为工业4.0，具体即指九项基础技术进步驱动的转型。


在工厂中，传感器、机器、工件和IT系统将相互联接起来，超越单个企业扩大到价值链。这些联接系统可以与基于因特网协议的其它系统相互作用，分析数据、进行预测和自动配置来适应变化。智慧工厂可以实现跨设备的数据收集和分析，更加灵活高效地生产出低价高质的商品。这反过来还将提高生产效率、转变经济发展模式、促进工业增长，最终提升企业和地区的竞争力。

国外某著名咨询公司发布报告介绍了智慧工厂在工业4.0时代的九大技术走向，并探讨其潜在的技术和经济效益，为制造商和生产设备供应商提供信息。这九大技术进步已应用于制造业，而随着智慧工厂的广泛应用，它们将改变生产方式：独立和优化的单元将完全整合为自动化的生产流程，改变供应商、生产商和客户之间的传统关系，也改变了人和机器之间的关系。


一、大数据及分析

基于大数据的分析模式最近只在全球制造业大量出现，它的优势在于能够优化产品质量、节约能源，提高设备服务。在工业4.0背景下，将对来自开发系统、生产系统、企业与客户管理系统等不同来源的数据进行全面的整合评估，使其成为支持实时决策的标准。例如，德国的半导体制造商英飞凌已经采用了将单芯片关联的方式，帮助检测有故障的芯片来提高生产质量。


二、自主式机器人

许多行业的生产商长期使用机器人来处理复杂的作业，但机器人却在不断进化，甚至可以在更大的实用程序中使用。它们变得更加自主、灵活、合作。最终，它们将与人类并肩合作，并且人类也要向它们学习。这些机器人将花费更少，并且相比于制造业之前使用的机器人，它们的适用范围更广泛。

在许多行业中，机器人已经被长期使用来处理复杂的任务且仍在不断发展。它们正在变得更加自主灵活，最终将学会与人交往，和人类安全地共同工作并向人类学习。这些机器人将价格更低且用处更大，能够承担更为复杂的角色。在智慧工厂中，各种产品线的机器人是相互连接的，以便他们可以协同工作，并自动调整行动，以配合下一个未完成的产品线。高端传感器和控制单元可保证与人类密切合作。同样，工业机器人供应商ABB推出一款有两支手臂的机器人，它被称为“玉米”，专门设计用来与人类一起组装产品(如电子消费品)。计算机视觉技术的应用保证了安全互动和零件识别的实现。


三、仿真模拟

在工程阶段，运用了3D仿真材料和产品，但在未来，模拟将更广泛地应用于装置运转中。模拟将利用实时数据，在虚拟模型中反映真实世界，包括机器、产品、人等等，这使得运营商可以在虚拟建模中进行测试和优化。例如西门子就开发出了可以模拟的虚拟机器，从而使加工过程减少了80%。


四、水平和垂直系统集成

目前，大多数的IT系统都没有被完全整合，公司、供应商和客户之间联系并不密切，从企业到车间的功能也缺乏完整的一体化。即使是工程本身，从产品到工厂自动化，缺乏完全集成。随着工业4.0的到来，公司和部门间将更具凝聚力，数据整合网络的发展将使价值链实现真正的自动化。

例如，达索系统和云供应商Boostaerospace联手为欧洲航空航天和国防工业建立了一个合作平台——AirDesign。该平台可以作为一个工作空间设计和制造业的合作车间，也可作为一个私有云服务。它负责管理多方之间的交换产品和生产数据的复杂任务。


五、物联网

如今，只有一些制造商的传感器和设备进行了联网和嵌入式计算，它们通常处于一个垂直化的金字塔中，距离进入总体控制系统的智能化和自动化水平仍有一定距离。随着物联网产业的发展，更多的设备甚至更多的未成品将使用标准技术连接，可以进行现场通信，提供实时响应。

驱动和控制系统供应商博世力士乐，生产了一种半自动的阀门生产设施，可以分散地分析生产过程。产品通过无线电频率识别码进行识别，并且工作站能够“获知”每个产品必须执行的生产步骤，从而适时地进行特定的操作。


六、网络安全

许多企业依然依赖于未连接或者脱机的管理和生产系统，而到了工业4.0时代，连接性增强，网络安全威胁也急剧增加。不过人们可以对整个新框架充满信心，工业设备供应商正联手同网络安全公司进行合作和收购。


七、云计算

在工业4.0时代里，更需要跨站点和跨企业的数据共享，与此同时，云技术的性能将提高，只在几毫秒内就能进行反应。其结果是设备数据将存储在云中，生产系统可以提供更多的数据驱动服务，许多工业监测和控制处理也将进入云端。


八、增材制造

企业已开始采用增材制造，比如用3D打印生产单个组件。进入工业4.0，这种增材制造方法将在小批量定制产品的生产中更加广泛地应用，它可以催生多种复杂而轻巧造型设计。高性能且分散的增材制造系统将减少运输距离和库存。例如，航空公司已将增材制造工艺应用于新设计中，既能减轻飞机重量，还能降低钛等原料的费用。


九、增强现实

增强现实技术支持各种服务，比如你可以在仓库里挑选部件并通过移动设备发送维修指令。这些系统目前正处于起步阶段，未来，企业将更加广泛的使用增强现实技术为工人提供实时信息，改进决策和工作程序。目前这种系统已经以谷歌眼镜的形式进入了市场，工人可以透过虚拟现实的眼镜看到实际的场景。另一个应用程序是虚拟培训。西门子已经开发了一个虚拟智慧工厂操作员培训模块，利用增强现实眼镜，创造了以智慧工厂人员处理突发事件的数据为基础的3D环境。
 
 
 
 
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位于江苏徐州徐航精密制造有限公司的压铸车间中，4000T的压铸机与三台用于搬运、喷涂、等离子切割的KUKA机器人、智能熔化及保温一体炉在生产管理信息系统的支配下正合作无间，那些大型复杂零部件铸造的难题在这个被称为“4000T高效智能压铸岛”的生产区迎刃而解。与传统笨重的生产模式不同的是，压铸竟然也可以如此“轻舞飞扬”。






2016年5月13日，历时两年多的国家智能制造装备发展专项项目——“4000吨高效智能压铸岛及其生产管理信息化系统”智能制造专项验收会在江苏徐州徐航精密制造有限公司召开。项目的顺利通过验收，寓意着这一汇集压铸产业制造商、用户的重大项目成功收尾，并将为推动中国智能压铸添上浓墨重彩的一笔。


在此之前，重型卡车变速器壳体、自主C级轿车变速器壳体和发动机缸体等大型复杂零部件的压铸疑难问题正困扰着包括徐航在内的诸多中国制造商。“铸件的内部组织是否致密，取件、喷涂、检测及料柄切割是否能够一气呵成，油道和水道是否与压力相符，整个压铸过程是否能真正将人力解放出来更精准地管控每一环……”


江苏徐航精密制造有限公司总经理杨兵对于真正帮助公司在实现高效智能压铸方面起到关键性作用的KUKA机器人系统给予了高度的赞赏，“KUKA工业机器人的加盟，正为包括压铸在内的制造业带来不可思议的变化。”
 
 
 
传统压铸 VS 智能自动
 
走进徐航的铸造车间里，首先映入眼帘的是20多台机器人和2000T以上的大压铸机相得益彰的协同工作，工人的基本工作只需偶尔留意一下机器运行情况，然后便是查看压铸出来的样件外型是否合格。“KUKA和我们合作始于2010年，在徐航早期的一些压铸岛上都已在使用，为取件、脱模剂喷涂解放了不少人力，同时也确保了压铸件的高质量。”杨兵介绍道。


“在铸造行业，KUKA机器人具备耐高温、耐潮湿、耐粉尘等特点，它解放了工人的双手、降低了生产线上的意外，是压铸及铸造行业内不可或缺的‘好帮手’”， KUKA公司设备自动化部门经理李青晓解读了压铸产业的自动化的发展趋势及其机器人的独特地位。


“二台KUKA机器人和一台2500T压铸机的完美结合，能实现每天200多个铝合金汽车发动机壳体、变速箱等关键零件的压铸，年产值约有几千万。”在2500T压铸岛边上查看产品质量的工人即使才来不久，却依然可以很快上手与这群橙色军团并肩协作，出色完成加工任务。这令我们对于4000T压铸岛的效能更为期待。






KR180喷涂机器人、KR 210取件机器人配置耐高温防腐蚀抓手、外加一台用于等离子切边的机器人。——这便是此次为4000T高效智能压铸岛保驾护航的三大金刚。区别于以往的一些压铸岛，4000T项目中的机器人台数从原有的2台增加为3台，新增了等离子切边功能，取代了传统的切边机，大大节省了成本和空间，提高了时间。同时还通过增加滑道导轨，令机器人从原有的六轴增加到七轴，增加机器人的工作区域。
 
 
 
为压铸注入新活力的KUKA机器人
 
早在2007-2008年，徐航就已经开始凭借机器人搭配压铸机的组合，对大型、复杂的汽车高端压铸件进行加工，这些高端压铸件主要包括发动机缸体、CVT、DCT、AT等自动变速箱壳体。“只有用高端的压铸机搭配自动化的加工过程、技术含量高的模具、以及一定工艺水平的汽缸压铸，才能达到这些压铸件的要求，合格率才能上去。”杨兵说道。


4000T高效智能压铸岛指标严苛，譬如系统响应时间≤50ms、系统空循环时间≤60s、一个循环周期120s、产品合格率≥98%等，为了完美完成该项目，KUKA的中国团队及德国专家几度奔赴徐州、北京两地，参与了整个项目的进程及设备调试，包括压铸机的上、下料取件、脱膜剂喷涂、自动检测及料柄切割等重要工艺环节。“在压铸生产方面，KUKA曾为包括BMW在内的多家知名汽车制造企业提供永久铸模清洗、压铸岛、动力总成装配方面的解决方案，可谓深谙压铸工艺的每一环”，李青晓介绍说。


“在工业机器人方面，KUKA的确经验丰富，为整个智能高效压铸岛的顺利投产提供了很大的支持。”杨兵对于KUKA机器人为智能压铸带来的大革新如数家珍，“譬如大工件搬运，高温缸套的镶嵌，机器人替代了一些重体力、危险场合、机械枯燥的作业。机器人的干涉区域设定、取件时的软浮动方案等保障了生产安全及其产品质量。”

 
六轴机器人的灵活性以及稳定性，造就了人工喷涂以及普通的喷雾机所无法达到的的喷涂质量。而铸件品质的稳定性又是至关重要的一项，机器人喷涂因此在压铸行业的应用将是大势所趋。在4000T高效智能压铸岛中，KUKA喷涂机器人能高效、精准、定点的完成脱膜剂喷涂作业，另外机器人的高柔性保证了不会因模具更换而带来的喷雾烦恼。





 
对于大吨位压铸机，无论产品的重量，还是取件后的检测、切浇冒口等，普通的取件机已不能满足较复杂的自动化要求，尤其是对于高难度的镶嵌工艺，普通取件机更是无能为力。作为承载量大、灵活性高的关节式工业机器人就成为了必然的选择。在4000T高效智能压铸岛中，当压铸机开模后，KUKA取件机器人舒展夹具进入压铸机内取出制品，取出后完成对工件的完整性检测，后下料至冷却工位，待其足够冷却。机器人返回到缸套加热区上料位抓取加热好缸套进行镶嵌。机器人抓取冷却好的工件放至去料柄区域并定位，第三台等离子切割机器人进行料柄切割，后续机器人再抓取切割后的工件至切边机，完成边料切除，最后机器人完成产品下料。整个过程一气呵成，安全生产、高效率优势立显。“擅长多工种的机器人令整个压铸过程更为完整智能，他们一丝不苟及各司其职令我们无需担心产品的最终结果，质量得到保障。”杨兵对KUKA机器人的多角色工种切换带来的智能压铸效果大加赞赏。

 
据介绍，“4000T高效智能压铸岛”这一国家级智能制造装备发展专项项目研制成功后将满足重型卡车变速器壳体、自主C级轿车变速器壳体和发动机缸体等大型复杂零部件的产业化、智能化生产，投产后的年产值将高达1.2亿元。
 
 
 
未来，机器人还将走得更远
 
谈及在压铸产业的核心技术，杨兵为我们解开了谜团，“那些要求重量轻的大铸件往往对压铸成型过程都十分有讲究。譬如要求铸件本身的内部组织致密，否则容易泄漏、有一些铸件还有许多油道和水道，对压力就有一定的要求。所以需要一定的技术，譬如采取高压点冷、局部加压、模纹控制等技术，这些技术都是我们在国内的民营压铸企业中率先使用的，当然有一些也是从国外引进，再进行了调整。这些技术的使用得当加上工业机器人的智能作业可以确保产品质量合格率保持在95%、甚至99%之高。”
 

“中国制造在不断前进的这一路，与那些已经在这一领域经验丰富的合作伙伴协力同行尤为重要，KUKA在压铸领域的丰富经验给了我们不少启发和帮助，”双赢的合作方式也确实是徐航能较早迈入智能压铸的一个法宝。


采访的最后，杨兵坦言，智能化在压铸产业尚属方兴未艾。这套4000T高效智能压铸岛的国家级示范项目完成后就是要进行大力推广，以期改善“中国制造”徘徊低附加值产品加工的现状。因此接下来对于机器人的需求还将持续升温，杨兵也透露将来不仅在压铸方面需要经验丰富的KUKA机器人的协助，未来徐航的“机加车间的无人化车间”，通过加工中心与机器人及轨道的构成，实现无人化加工。同样需要KUKA及机器人制造商们的鼎力相助。看来，未来在徐航的“智能”探索之路，还将更精彩，舞动的橙色军团KUKA亦将令人期待。
 
 
 
文章来源于KUKA机器人智造家平台提供 查看全部