在这篇文章中，我们详细介绍了装配、包装和机床整车厂如何让高级工厂人员负责最苛刻和复杂的任务，而把其他一切都交给预先编程的工作程序和自动化工作单元。这种方法充分利用了合作机器人和增强现实(AR)工具。
通过蒂姆LeCrone•研究、开发和客户拓展总监应用Cobotics
伊丽莎白Eitel•执行编辑|设计世界
今天的工厂经理们面临的终极问题是:一个组织应该如何保护其最老练的机器操作员和工程师的宝贵时间，让他们继续从事复杂的任务，并利用辅助工具，如协作机器人(cobots)和增强现实(基于“增大化现实”技术委派其他工作?
cobotics和AR工具都可以帮助制造商为员工匹配最适合个人技能的任务，以充分发挥机器人的潜力未来工厂．举例来说，合作机器人可以作为经验丰富的员工的支持——让他们可以同时管理多台机器。增强现实工具可以指导新员工通过复杂但定义良好的例行程序实现自主和高效的在职学习。
以下是确定cobotics和AR工具最有意义的应用任务的五种方法，并使新购买这些技术的投资回报(ROI)最大化。
PBC Linear利用Taqtile Manifest AR工具有效地共享机构知识，并在某些情况下让工厂经理在短短几个小时内成功安装一个合作机器人。AR硬件接口可以采用HoloLens头盔、Magic Leap护目镜(如图所示)或标准iPad的形式。
1.进行员工生产力计算
所有的业务运作都应该有量化员工生产力的方法。在工业和制造环境中，这通常采取简单跟踪收入或(特别是在较大的公司中)计算每天或每小时完成的例程或工件输出(无缺陷)的形式。
大量的软件工具可以将这些输出与随时间变化的基线进行比较。在适当的情况下，这些信息甚至可以显示在可视化管理显示器上，如布告栏或上方的平板显示器，显示关键绩效指标或kpi，供所有员工注意和了解。
对于一个给定的操作员执行一个完整的流程，每个子任务所需的时间和精力是衡量生产率最有用的指标。这些措施和员工反馈可以帮助识别复杂、疲劳、单调或其他微妙的令人泄气的任务，实际上可能更好地由合作机器人或增强现实工具来执行。
一旦确定了所有死记硬背的工作速度变慢的领域，制造商提供的和行业协会的在线计算器就可以计算给定的合作机器人或ar工具安装的ROI，并确定混合操作(包括自动和手动执行的任务)在哪里最有意义。
例子:正如我们将详细说明的，如果给定的机器人工作单元每天运行一个以上的班次，那么更快的合作机器人ROI是可能的劳工流失成本是很高的。的使用自动存储和检索(ASRS)托盘处理机器作为合作机器人工作的补充，也缩短了ROI时间线。另一方面，高电力成本可以产生略长的ROI时间轴。
2.确定哪些方面的协同机器人ROI不会令人印象深刻
在过去的几年里，合作机器人变得非常实用。然而，购买一个合作机器人手臂和将该手臂完全集成到工厂运营之间有很大的区别。什么工作单元应该首先获得协同机器人臂?他们应该承担什么职能?与任何人工植物使用的技术一样，当它们被定位到最合适的应用时，协同机器人会产生最高的投资回报率，并辅以自动化模块和软件驱动工具。
考虑到如何有许多方法自动化机器人工作单元的机器照管，但最难自动化的过程涉及到挑选和放置工件。机器视觉有时被用作解决方案。然而，机器视觉并不总是能成功地处理混乱的工件定位，以确保抓取的安全——更不用说准确地放置到设备中，以机器或其他方式加工工件。尽管近年来传感器和软件都有了很大的发展，但市场上还没有能够可靠地帮助机械臂从垃圾桶里的一堆东西中拣出零件的视觉系统。
基于视觉的解决方案被证明是最成功的，它需要集成商或视觉专家进行大量的前期编程，因此对大批量的操作最有意义。
相比之下，采用更实用的策略并以更有组织的方式呈现机械臂工件的工作单元，即使是更适度的操作，也能提供相当快速和显著的投资回报率。这在很大程度上是因为该设计中涉及的技术目前是负担得起的，易于配置和使用。以这种方式构建的工作单元使用少量的手工劳动，配合工件托盘，在某些情况下XYZ线性驱动托盘处理机器和协作机器人手臂完成工作。
首先，工件被手动加载到热成型，注塑，或3d打印托盘称为衬垫托盘带有专门设计的空腔，以预先安排的方式支撑和定位工件——这是cobot软件所期望的方向。这些托盘要么是:
•由机器操作员手动放置(一次一个)在预设的协同机器人可到达的位置
•手动加载到机架上，容纳整个堆叠的工件托盘-依次由一个独立的XYZ线性运动ASRS模块访问，每次呈现一个托盘给合作机器人。
从这里开始，合作机器人(配有适当的夹持器)灵活可靠地每次从当前托盘中取出一个未完成的部件，以便执行一些加工或组装任务，然后(通常)将完成的部件放回托盘中。然后，合作机器人重复这个循环，直到托盘中的所有工件都被处理完，该换一个新的托盘了。
包含ASRS托盘模块的工作单元依靠线性运动驱动定期为合作机器人提供新鲜托盘。在大多数情况下，协同机器人挑选工件，将其送入(然后从其照管的机器中取出)。包含网络轮廓的编程可以帮助机械臂识别工件，因为它们躺在垫位托盘中，当它们被固定在被照料的机器上时。
这种基于协同机器人的自动化工作单元每天只运行一个班次，大约三个月就能收回成本。
通过执行与难以填补的员工职位相关的任务，Cobot安装可以帮助解决劳动力短缺的挑战。
不要低估夹持器设计的重要性:要使这种合作机器人安装的投资回报率最大化，关键的一个组件是被称为夹板的末端执行器——标准的和定制的都有。虽然双指(也称为平行)夹持器是目前为止最常见的机器人末端执行器解决方案，但三指夹持器也很常见，而且在抓取具有独特几何形状的工件时更可靠。难怪协同机器人手臂上的三指气动夹具经常被发现用于服务工件装载到垫位托盘(刚刚描述过)的零件定位。此外，特别具有挑战性的工件形状最好由合作机器人手臂的夹持器处理，夹持器具有定制的3d打印手指，可以与工件几何形状匹配或以其他方式积极啮合。一旦设计出这样的夹持手指，无数的复制品就可以3D打印出来，以支持克隆工作单元的扩展操作。
带有ASRS模块的涡轮速度ROI:最能解决严重的劳动问题的合作机器人装置是那些可以在无人看管的情况下运行时间最长的装置——比如定期为合作机器人提供30、40或50份托盘的装置。特别是在机器车间和装配作业中，托盘提升ASRS模块可以自动将托盘呈现给合作机器人(如上所述)，可以将一个工作单元的无人操作时间延长到8小时甚至更长。
3.通过AR提高安装、培训和入职的ROI
增强现实或基于“增大化现实”技术是补充协同人事-技术设置的另一个工具，即:
•帮助工厂经理利用供应商的知识，在短短几小时内安装和配置一个新的cobot安装
•培训老员工和新员工如何与基于自动化协同机器人的设计一起工作
•帮助工厂运营避免重复努力的浪费——特别是在调整工作单元设置和培训新员工方面。
如果不利用供应商的知识(通过AR或其他方式)，正确配置一个合作机器人安装可能需要数周的试错、调试和编程。相比之下，基于ar的方向简化了所有这些步骤。简而言之，技术人员手持iPad或戴着AR头盔或护目镜，按照通过平板电脑或护目镜传达的指令进行操作，然后叠加到他或她自己不完整的合作机器人设置上。这些说明是由协同机器人解决方案供应商编写的，以指明初始协同机器人配置的要点。
此外,增强现实工具可以帮助解决任何担忧或者机器操作员不愿意在他们的工作环境中接受新的协同机器人细胞。一旦机器操作员和其他工厂工人(通过增强现实)熟悉了如何指挥协同机器人操作，后者就可以将他们从手动执行肮脏、枯燥和危险的任务中解放出来。没有了单调工作的负担，操作人员可以把更多的时间花在更高层次的任务上(如检查零件和为下一批加工准备材料)。生产率提高了，工作满意度也随之提高。尤其是在让协同机器人装置通宵运行以解决几个小时的额外死记硬背工作的情况下，让员工在早上的工作中有一个良好的开始。
如前所述，使用基于ar的培训工具可以帮助吸引、加入并留住刚从高中毕业的新员工。这对机床行业和相关领域来说尤其重要，因为这些行业目前面临着职业培训人才的短缺，而且无法抽出更多经验丰富的人员来招聘所有新员工——尤其是在这些岗位出现大量人员流动的情况下。这种基于ar的训练也很有吸引力新领工人——当代技术工作者放弃传统的四年制学位，选择不那么正式的教育途径。
想想即使在新冠疫情之前，一些制造业(包括机床和包装行业)也面临着低劳动力申请和进入人数的问题。传统上，这些行业的新员工会和一个有经验的人搭档学习6个月或更长时间，只是为了学习一项工作中涉及的所有机器的所有功能和正确设置。如今，由于劳动力短缺，需要更快地提高技能——这超出了传统一对一的劳动力指导所能实现的任何目标。难怪AR工具这样来自Taqtile的清单软件特别是在过去的几年里，使用量增加了。
这种增强现实软件让工厂经理(与有经验的机器操作员)共同编写非常具体的机器操作员指令，用于在给定机器上运行的非常具体的工作。然后，新员工可以戴上增强现实眼镜，跟随并执行这些特定的任务——在某些情况下，在短短几个小时内就能成为员工的生产工厂。在其他情况下，增强现实工具可能允许操作人员扫描机器上的二维码，以获得指令集。
这种增强现实培训还使复杂的机床和其他制造操作变得不那么吓人，对新员工来说更容易接近和享受——尤其是那些曾经从事过仓库工作的人。这反过来又支持更多的本地制造业，以遏制与运输相关的供应链问题。
当然，理想情况下，这种快速培训工具应该是对长期指导的补充，以迎合那些留在公司、并在该行业找到持续职业生涯灵感的员工。
一些增强现实软件可以通过编程显示简单的指令，供新操作员操作。随着时间的推移，新员工会从这些指导中学习并获得在职培训。
让新员工接受ar指导任务也可以帮助工厂运营商避免在高流动率岗位上密集培训新员工带来的损失。尤其是当新员工(例如，只需要跟随一个经验丰富的CNC机械师几个月)就可以参加竞争对手公司的面试，并展示出足够的机器操作能力，从而获得聘用。
事实上，增强现实技术还可以帮助机械工程实习生进行办公室工作，例如工件的CAD。如果制造商与当地的工程专业学生建立联系并雇佣他们，他们通常可以帮助当地社区，而不是把他们流失到其他州或地区。它解放了工程师和管理人员来运行更高层次的业务项目。
4.量化合作机器人和增强现实采用的总价格
计算任何工作单元增强(包括机器人操作或增强现实指导)的ROI时，还应考虑与以下方面相关的估计成本:
•工程和工厂的重组工作
•Workcell停机和集成
•安全认证成本
•编程和人员培训费用。
除了机器搬运，协同机器人还适用于输送带搬运——特别是当输送带将零件从一台机器搬运到另一台机器或给定的机器由输送带输送时。
毕竟，厂房重组的时间越长，它可能造成的破坏就越大——特别是当受影响的工作单元是工厂内物料流动的中心枢纽时，以及当它们涉及多个操作系统和工厂团队时。这就是为什么工作单元重新集成应该由经验丰富的集成商执行，或者利用为直接安装和调试而设计的技术。
事实上，增强现实和协同机器人技术利用软件将所有这些因素的负担降至最低。考虑合作机器人的最后一个特性，它使它们特别适合解决劳动力压力，并使调试中断最小化。来自Elfin、Universal Robots、Fanuc和其他供应商的cobot都可以操作盲目地——在这种模式下，机器人会做人类操作员会做的所有事情。例如，在数控机床的协同机器人护理中，盲操作包括拾取零件;打开机器的门;把零件装进机器;关闭机门;甚至按下机器的循环启动按钮。这些合作机器人的对话编程使得这些函数的设置相对容易。
增强现实技术和协同机器人技术本身也以安全为重点——软件可以最小化复杂的编程和培训要求。
5.利用ar辅助质量控制
许多任务(特别是那些与质量控制相关的任务)仍然是最有效和可靠的手工完成的。这种情况可能在未来几年发生改变——不过对中小型企业来说，短期内不会发生。正如本文前面所提到的，对于许多操作来说，用于这些任务的机器视觉编程和硬件的成本仍然非常昂贵。
幸运的是，cobotics和AR工具都可以通过加速人工检查任务来帮助制造商持续生产最高质量的产品，甚至这些任务也能产生ROI。例如，制造商可以拍摄一个完美的零件，并通过运行AR应用程序的iPad将图像提供给机器操作员。然后，这些机器操作员可以在卸载同一零件的托盘时参考完美的零件图像，以检查特定孔、螺栓或其他子部件的存在和一致性。或者机器操作员可能只是对托盘的最后一部分进行抽查，以确保它具有iPad参考图片上的所有特征……以便更快地执行必须非常仔细但迅速地完成的过程。
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