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使用智能傳感器實現智慧工廠和高效制造

2023-08-31 09:07 性質:原創 作者:Mulan 來源:AGV
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通脹高企、勞動力成本上升、用工荒、能源危機、混合辦公等因素,2022年制造業經歷了明顯的動蕩。雖然部分問題已經開始緩解,但預計2023年對制造業來說仍然是充滿挑戰的一年。行業。福布斯最近發表...

通脹高企、勞動力成本上升、用工荒、能源危機、混合辦公等因素,2022年制造業經歷了明顯的動蕩。雖然部分問題已經開始緩解,但預計2023年對制造業來說仍然是充滿挑戰的一年。行業。

福布斯最近發表了一篇文章《2023年5大商業趨勢,每個人都必須做好準備》,列出了制造業的幾個關鍵轉變。制造業務中最有趣的轉變之一是數字化轉型的趨勢。數字化轉型和工業 4.0 多年來一直是一個流行詞。然而,盡管名稱很花哨,但數字化轉型對于制造商來說往往是一個模糊的概念。我們為數字化制造可以解構為兩大主題:安全的人機交互(HRI)以實現更高的生產力和提高材料和貨物運輸的自主移動水平。這些主題最終是由尖端傳感器技術實現的。

傳感器在實現智能工廠和高效制造方面扮演著關鍵角色。下面是一些主要的應用場景和功能:

(1)數據采集

質量監控:傳感器可以實時監測產品質量,例如溫度、壓力、濕度等,以確保每一件產品都符合質量標準。

設備健康監測:通過振動、溫度和聲音傳感器,可以實時了解機器的運行狀態,從而預防故障。

(2)自動化與控制

工藝優化:傳感器提供的數據可以用于優化制造流程,降低廢品率和提高生產效率。

自動控制系統:在一個集成的環境中,傳感器可以自動控制設備(例如:自動關閉/啟動機器、調整生產速度等)。

(3)實時監控與決策

遠程監控:傳感器數據可以遠程訪問,方便管理人員隨時了解工廠狀態。

數據驅動的決策:基于收集的數據,公司可以做出更加明智的決策,如何分配資源,何時進行維護等。

(4)可持續性

能源效率:能源傳感器可以監控能源使用情況,識別浪費的區域,并自動調整以節省能源。

廢物減少:通過實時監控,傳感器有助于識別和減少廢物和排放。

(5)供應鏈與物流

實時追蹤:在供應鏈中使用傳感器可以提供關于物料位置和狀態的實時信息。

庫存管理:通過傳感器,可以更準確地了解庫存量和需求,從而優化庫存。

(6)安全性

環境監控:例如,有毒氣體或危險化學品的泄漏可以通過氣體傳感器實時檢測。

人員定位:在緊急情況下,例如火災或其他安全事故,傳感器可以快速定位人員,以便于緊急救援。

通過這些應用,傳感器不僅提高了生產效率和質量,還有助于實現更加可持續和安全的制造環境。這正是智能工廠和高效制造所追求的目標。

安全的人機交互可實現更高的生產力

在制造業中使用機器人/機器時,安全始終是首要任務。機器人可能會給工人帶來多種危險。例如,雖然工業機器人被設計為在與人類保持安全距離的情況下運行,但這些設備傳統上缺乏識別鄰近人類所需的感官技能。近年來,隨著協作機器人(cobots)的快速采用,人類操作員直接暴露在機器人的工作空間中,這可能會導致進一步的碰撞、風險和危險。為了減輕安全問題,IDTechEx 已經在機器人上安裝了多種傳感器,例如力和扭矩傳感器、激光雷達和觸覺傳感器,以使其具有更好的環境感知和避碰能力。傳感器在機器人中的關鍵應用之一是接近檢測和碰撞檢測。接近檢測可以使用光電傳感器(光電圍欄)、激光雷達、電容式接近傳感器來實現。光電傳感器/光幕可以成為工業機器人的理想解決方案。安全光幕由發射器和接收器組成。發射器發射調制的紅外光,接收器接收該紅外光以產生光束陣列(也稱為光幕)。當操作人員進入或被防護網阻擋時,光接收電路通過內部控制電路做出應答,向機器輸出信號,使機器減慢或停止運行,從而防止潛在的潛在危險的發生。碰撞。

相比之下,在碰撞檢測方面,協作機器人通常使用力和扭矩傳感器。與工業機器人不同,協作機器人與人類在同一工作空間中工作,這意味著物理光幕/圍欄是不夠的。IDTechEx 注意到,大多數商業化協作機器人的關節處至少配備了一個力/扭矩 (F/T) 傳感器。F/T 傳感器有兩個主要功能,包括力測量和碰撞檢測。F/T 傳感器通常安裝在機器人末端執行器周圍以測量力。根據不同的任務,需要預先設定力的范圍,當碰撞發生時,傳感器檢測到的力或扭矩將超過預先設定的范圍,從而通知機器人停止運行。隨著HRI安全要求的不斷提高,預計將安裝更多的 F/T 傳感器。大多數協作機器人在此階段安裝了一個 F/T 傳感器,通常安裝在末端執行器周圍。然而,IDTechEx 注意到,一些協作機器人 OEM(例如 Franka Emika)開始在所有關節上采用更多扭矩傳感器,以實現更好的力控制和碰撞檢測。

提高自主移動水平

自主移動性是機器人自主性最重要的部分之一。自主移動要求機器人具有導航、定位和避障的能力。在制造業背景下,移動機器人,特別是自動導引車AGV)和自主移動機器人(AMR)將用于物料運輸。移動機器人的自主移動功能是通過激光雷達、攝像頭、超聲波傳感器等傳感器實現的。不同的傳感器各有優點和缺點,在現實中,多個傳感器通常相互組合使用,以達到最佳的整體性能。例如,激光雷達相對易于使用,并且不受惡劣天氣的影響。然而,激光雷達通常成本較高。相比之下,攝像頭或圖像傳感器是唯一可用于物體分類/識別的傳感器,但在惡劣天氣或能見度有限的情況下,它們的性能較差。在制造業方面,攝像頭將被越來越多地采用,因為這些機器人往往在控制良好、光照穩定的室內環境中工作。現階段,制造業中的許多室內AGV都可以實現3級自主,這意味著機器人車載系統可以實現大部分自動駕駛任務,并且一名操作員可以同時監控多臺AGV。隨著 4 級和更高級別自主化的趨勢,將會采用更強大的傳感器。

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