解决方案商机简报：机器人制造业

简化设计流程，加大机器人在制造业的应用规模，借助英特尔®技术，NEXCOM开发了预验证解决方案，帮助降低工业机器人系统的开发成本

目前，机器人执行任务约占全球制造业制造任务的10%。研究人员预计，到2025年，这一比例将提高至约25%。

让智能工厂成为现实

为保持竞争力，全球制造商都在设法控制不断上涨的劳动力成本。工业机器人可帮助工厂减少员工数量，削减成本，但多数机器人系统的设计难度很大，且需要集成多个厂商的组件。

NEXCOM与多家创新型解决方案提供商合作，开发支持各种机器人应用的预集成和预验证解决方案。这些解决方案采用英特尔®处理器以实现最高性能，采用英特尔®物联网网关确保数据无缝、安全传输至云端。通过简化机器人并提高其经济性，NEXCOM正在帮助工厂降低成本，提高工作效率，并通过数据分析获取重要洞察。

机器人执行的制造任务

图1.智能工厂有助于降低劳动力成本。 资料来源：波士顿咨询公司

不断变化的劳动力结构给制造业带来了挑战在未来几年，工厂需提高智能化程度以保持竞争力。制造商，尤其是重工业市场（如中国）的制造商，必须采取措施应对薪资的不断上涨和熟练工人短缺等问题。部署工业机器人可抵消成本的上涨，同时通过将设备连接至可以收集和分析数据的集中化智能基础设施，达到优化生产的目的。

然而，设计机器人系统是一项复杂的工作，需要制造商寻找和集成多个厂商的子系统。目前，车间部署的机器人需要在机器人安装、校准和编程方面拥有深厚专业知识的专家团队提供支持。相关设置工作通常需耗费数周的时间，而且其成本是购买机器人的数倍。

自动化物联网（IoT）在制造业的兴起预计将给工厂的运营方式带来深远影响。曾经的孤岛式系统现在可以相互通信，改进从供应链管理到质量控制的各个环节。

在这一变革过程中，机器人发挥着重要作用。除实现任务自动化外，它们可向集中化系统传送信息，帮助其分析数据和改善生产流程。普华永道的一份报告3显示，工厂正将机器人用于：

•装配

•高精度加工任务

•材料或耗材的运输

•封装

•测试和检查

机器人技术将快速发展尽管工业机器人用于工厂已有数十年的历史，但目前机器人执行的制造任务平均仅占全球制造业的大约10%。波士顿咨询公司（BCG）预计，到2025年，这一比例将提高至大约25%。1此外，BCG最近针对美国制造商的一项调查显示，72%的高管表示，他们的公司将在未来五年对自动化或其他先进制造技术进行投资。1

智能工厂的潜力巨大，包括可降低劳动力成本及通过数据分析洞察提高产量，减少停机。然而，为确保智能工厂取得发展，其经济效益必须高于系统的设计和实施成本。

实施快，风险低为减少部署工作，降低成本负担，制造商需要简化的机器人解决方案，尤其是采用多个厂商的子系统的解决方案。通过与制造领域的其他解决方案提供商密切合作，NEXCOM开发了支持各种机器人应用的预集成和预验证解决方案。这些系统整合了许多领先厂商的组件，可帮助制造商大幅减轻机器人部署的开发工作负担并降低相关风险。

一家希望减少劳动量的制造商找到了NEXCOM，希望NEXCOM帮助他们设计一种包含delta机器人和EtherCAT*主站的自动化系统，以协调PLC、传送装置、传感器、胶合设备和标签设备。这家公司是一个湿纸巾生产厂家，目前每条生产线配备12-15名员工，其中8人实施精细的打包任务。该制造商希望，在部署NEXCOM解决方案后，将所需人力减少约30%，并计划在生产其他产品的装配线上复制这一系统。

NEXCOM的其他成功案例包括：一种智能机器人控制器，支持4-7轴的机器人，有效载荷为5–300千克；一种汽车涂装系统，一家汽车制造商在生产线中安装了300套这种系统；以及一种6轴高速起重机架系统，支持加工设备在框架上运行。

为进一步提升自动化水平，NEXCOM还推出了基于PC的分布式控制系统（DCS），用于集成各种机械手。例如，生产智能手机机壳（smartphonechassis）的电子产品制造商常常使用DCS控制表面处理工艺，其中涉及多个机械手和一系列复杂的化学反应。在整个过程中，DCS可根据需要密切监控并调节出入口。通过让不同机器人相互配合，NEXCOM可帮助制造商实现更高质量。

图2.一般的机器人系统包括多个子系统。

系统组件除了机器人自身以外，机器人生产线还包括很多其他具有挑战性的要素。比如，驱动控制、传感、数据处理和运行信息可能导致系统集成、机器间通信和信息集成等问题。此外，基于物联网的智能制造、智能机器人、网络-物理系统和大数据技术进一步提高了生产线的复杂性。NEXCOM的机器人解决方案具有各种形状和尺寸，但通常包括下列子系统。

机器人本体机器人本体由高强度材料打造，专为应对恶劣环境而设计，可执行焊接、涂装、封装和检查等任务，在制造领域具有重要的实用价值。

机器人控制机器人控制系统负责传感、马达驱动及需要复杂算法的移动功能。它们的设计需要远程教学、应用知识及适合工业环境的网络技术（如EtherCAT）等方面的经验。控制系统可能包括：

•控制器：基于PC、控制机器人本体的系统

•算法：控制程序上运行的应用软件

•示教器：支持流程控制自定义的输入设备（HMI）

•通信：支持高级通信功能的设备

设备

除机器人外，生产线还需要其他系统。举例如下：

•远程I/O：与传感器、执行机构和网络通信的外围设备

•人机界面（HMI）：支持操作员与生产设备交互的平板电脑

•传送系统：在生产线中传送货物的各种设备

分布式控制系统

该架构用于灵活连接分布式I/O、传感器和驱动器，帮助开发人员实施机器人设计，无需担心信号配线长度限制。

领域知识

生产线可能需要涉及特定专业知识的特殊功能，如目视检查。

子系统

组件

湿纸巾制造

智能机器人控制

汽车涂装

起重机架

领域知识

即时自动进料和涂敷

机器人控制

汽车涂装

高级运动控制

机器人本体

Hiwin* RD403

第三方 7轴机器人

KUKA* KR 16-3 LB/KR 100 TITAN

6轴起重机架

机器人控制

控制器

NEXCOM* NET 3600E

NEXCOM NISE 104/105

Siemens* S7-300

NEXCOM NISE 3140

算法

NEXCOM

第三方

KUKA*

TwinCAT*

通信

EtherCAT* （NEXCOM nexECM）

第三方

以太网

EtherCAT

示教器

Hiwin

第三方

KUKA

不适用

驱动器和马达

Panasonic* A5B

KUKA

HIWIN D2

设备

应用特定

传送系统和ME合作伙伴

客户选择

汽车涂装

传送系统

人机界面（HMI）

NEXCOM IPPC 1632P

Rockwell* RSLogix5000

NISE2100A

不适用

远程 I/O

NEXCOM AXE-9200

Siemens PLM

VIPA I/O

分布式 控制系统

控制器

NEXCOM IPPC 1632P

NEXCOM NISE 104/105

NEXCOM NISE 2100A

NEXCOM NISE 3140

通信

EtherCAT CODESYS*

以太网/IP

以太网

EtherCAT

表1.NEXCOM携手制造商和系统集成商开发预集成和预验证机器人解决方案。该表显示了NEXCOM支持的四个解决方案的关键组件。

图3.智能电子工厂包括机器间（M2M）系统、智能流程自动化和互联车间。

强大的可扩展英特尔®技术

NEXCOM的控制器系列基于英特尔处理器，提供出色的性能、长久支持、代际兼容性和可扩展性。多核英特尔处理器以高时钟速度运行，可同时实施多个任务—用一个内核执行重要任务，并用其他内核执行其他任务。因此，一颗英特尔处理器即可取代多颗传统处理器，提升解决方案的总体价值。

由于所有控制器运行相同代码库，NEXCOM可满足多种性价比要求。例如，高端NISE3600E是一套无风扇系统，提供英特尔®酷睿™i7、英特尔®酷睿™i5和英特尔®酷睿™i3处理器选项。NEXCOMNIFE100采用高能效英特尔®凌动™处理器E3800产品家族设计，足以满足许多制造环境的计算、通信和控制要求。

NIFE100控制器可运行与迈克菲和WindRiver协作开发的英特尔物联网网关软件堆栈。该控制器可连接至传统设备和新的工业设备，支持用户在现场设备和云环境之间实施无缝、安全的数据传输。英特尔物联网网关软件堆栈可运行应用特定的软件，集成相关技术和协议以支持网络、嵌入式控制、企业级安全性和可管理性。

英特尔®实感™技术可理解感官输入和移动支持平台，能够将需要视觉功能的机器人解决方案的感知计算提升到全新水平。它支持面部识别和语音识别、语音合成及深度传感器，其中深度传感器支持在3D空间内操作，可以执行障碍检测和避免并规划无障碍路径等任务。

降低成本，简化工程设计

NEXCOM按照英特尔®嵌入式产品路线图开展工作，从英特尔实现长期产品可用性的坚定决心中受益。机器人控制器的生命周期通常为10年，因此此举有助于NEXCOM客户减少库存。由于NEXCOM解决方案对英特尔处理器进行了端到端部署（从终端设备到云服务器），因此可对整个流程使用相同的开发、验证和测试工具，降低成本和简化工程设计任务。

简化机器人设计对于许多制造商而言，确定和部署机器人解决方案是一项非常复杂的工作。硬件、软件和网络组件必须进行集成，而与不同供应商合作则进一步加大了工作难度。NEXCOM正在简化这一流程， 为制造商提供经过验证、支持广泛使用案例的解决方案。通过与NEXCOM合作，制造商可缩短部署时间，减少机器人开发成本，提高投资回报；而来自英特尔的技术可增强机器人的可扩展性、性能和长期可用性。

英特尔®物联网网关

除提供基本连接功能外，英特尔®物联网网关还可用作数据源（如传感器和智能设备）和云之间的数据路由器和过滤器。它可增强数据安全性，加快获取可利用的洞察，更重要的是可帮助节省成本。借助英特尔物联网网关，公司可安全传输与云环境运行相关的数据，降低数据传输和云存储的成本。