几十年来，制造自动化对许多制造商来说都是一件“好事”。部分或全部制造车间的自动化可以带来诸多好处，例如提高生产率、提高质量和降低成本。然而，这项技术并不一定要成为一项盈利业务。
如今，制造业的格局已经发生了变化。制造业自动化不再是“可有可无”的，而是对于那些想要在竞争激烈的市场中竞争的企业来说“必须具备”的。随着劳动力短缺的持续和质量要求的不断提高，制造商再也不能袖手旁观了。
幸运的是，随着制造业的发展，自动化技术也在不断发展。近年来，机器人技术和制造自动化平台中出现了大量易于使用、用户友好且价格合理的技术。以前觉得自动化遥不可及的制造商现在有机会采用工业自动化解决方案，享受大型制造商多年来一直享受的好处。
在本指南中，我们将讨论制造自动化、它对您的业务的好处、如何开始以及您应该了解的一些关键技术。
什么是制造自动化？
制造自动化，也称为“工业自动化”，是利用技术、机器、设备和系统实现制造业生产流程的自动化。制造自动化的主要目标是简化运营流程、减少对人力的依赖，并最终提高盈利水平。
制造自动化涵盖多种学科，包括：
- 3D 设计：使用数字模型设计工业设备、自动化机器和机器人单元。
- 机器人：使用机器人执行码垛、装配、焊接等任务。
- 编程：编写代码来控制机器和自动化工作流程。
- 人工智能 (AI) 和机器学习：利用 AI 进行生成设计、运动控制和分析数据，以优化流程、检测异常并改进质量控制。
- 远程监控：使用传感器和摄像头实时监控设备、性能、健康状况和流程。
制造自动化项目的复杂程度各不相同。有些涉及自动化多个相互关联的流程，而另一些则侧重于更简单的任务，例如将箱子从一个位置移动到另一个位置。无论复杂程度如何，集成这些技术都可以为企业带来变革。
引入自动化制造业有哪些好处？
在劳动力短缺、劳动力成本上升和质量要求不断提高的背景下，现在是实现自动化的时候了。通过将人类工人从重复、枯燥和危险的任务重新分配到更高价值的活动中，企业和工人都能从中受益。
以下是将自动化引入制造业的七个主要好处：
- 提高生产率：连续作业不间断，从而提高生产率和劳动生产率。
- 提高质量：减少人为错误的可能性，确保制造过程的更高一致性和精确度。
- 降低成本：比人类工人更有效地执行重复性和劳动密集型任务，并通过优化材料的使用来最大限度地减少浪费。
- 缩短交货时间：通过减少产品从订单到交货所需的时间来简化生产流程。
- 提高工作场所的安全性：通过自动化危险或体力要求高的任务来提高工人的安全性。
- 缓解劳动力短缺：应对劳动力短缺带来的挑战，特别是在难以找到熟练工人的行业。
- 提高员工保留率：通过自动化日常重复任务，培养更敬业、更高效的员工队伍。这样，员工就可以专注于更具战略性和高价值的活动。
每家制造商都是独一无二的，引入自动化的理由也各不相同。许多制造商会综合利用这些优势来证明投资的合理性。
制造自动化有哪些类型？
制造自动化有两种基本方法：固定自动化和灵活自动化。每种方法都有独特的优势，适合特定类型的应用。对于旨在优化运营并在不断发展的工业格局中保持领先地位的企业来说，了解这些至关重要。
固定自动化
固定自动化，也称为硬自动化，是指设计用于执行一组特定操作且变化灵活性较小的系统。这些系统通常用于标准化产品的大批量生产。例如，伺服电机冰淇淋杯灌装机是一种固定自动化应用，因为它不能用于不同的任务。
灵活的自动化
相比之下，柔性自动化是指可以编程来处理各种任务和产品的系统。这种方法可以更好地适应不断变化的生产需求。大多数使用协作机器人 (cobot) 的应用都是柔性自动化的例子，因为它们适合许多不同的任务，并且易于编程和重新编程。
哪些行业使用工业自动化？
工业自动化已在各个制造业中得到广泛应用。具体来说，它改变了金属加工、橡胶和塑料制造、电线生产、医疗保健和药品制造、消费品制造以及食品加工和包装等行业的流程。
制药制造中的自动化
制药制造，也称为实验室自动化，涉及完全准确地完成重复性任务，使其成为制造自动化的理想选择。机器人系统可以取代手动任务，例如移液、分配、样品制备和分析开发，从而大大加快工作流程、简化流程并提高产量。
Sunset Resources 是 Vention 自动化合作伙伴之一，是一家领先的生物技术和自动化公司，正在为制药行业革新先进的机器人解决方案。
汽车制造中的自动化
在许多行业刚刚开始逐渐适应自动化的时代，汽车行业已经实现了几十年的自动化。在汽车生产过程的几乎每个阶段，你都会发现至少一个机器人在执行组装、焊接、喷漆和涂层等任务。自动化系统（无机器人）在质量控制、检查和供应链管理中也很常见。
航空航天制造中的自动化
航空航天业需要制造自动化来为飞机和涡轮发动机创造先进技术。机器人组装大型复杂部件，例如机身、机翼和尾部，这些部件需要精确性和一致性。为了满足严格的质量标准，自动化视觉系统会进行详细检查。
食品加工制造中的自动化
食品加工制造是确保质量稳定、提高食品安全性和提高产量的首选方法。机器人和自动化系统可以轻松处理重复性任务，例如分拣、剥皮、挑选和切割，以提高速度和一致性。最受欢迎的工业自动化解决方案之一是机器人码垛，旨在优化将产品堆放和组织到托盘上的过程。
Vention 的客户 Sager Foods 采用两台 Vention 协作机器人码垛机来减轻其食品油装瓶厂的手动、单调任务。
机器人如何应用于制造自动化？
机械臂是一种模拟人类手臂功能的可编程机械装置，是工业自动化设备和自动化制造流程的基础。它们可以精确、快速地自动执行劳动密集型和重复性任务，从而大大缩短生产时间和降低人工成本。
您需要熟悉不同类型的机器人手臂。为了确保您选择正确的机器人类型，请探索它们在制造自动化中的应用方式。
协作机器人（cobots）
协作机器人，也称为 cobot，因其能够与人类近距离工作而得名。内置传感器和安全功能可实现更紧密的人机协作，而无需安全围栏。它们易于编程，可以快速重新用于不同的任务，并且与传统机器人相比是一种成本较低的替代方案，使其成为需要适应不断变化的生产要求的中小型制造商 (SMM) 的理想选择。协作机器人是灵活自动化解决方案的首选，并用于多个领域，包括制造业、物流、医疗保健、食品和饮料等。
工业机器人
与协作机器人相比，工业机器人的有效载荷更高，循环时间更快。这使得它们成为更重、更大材料的最佳解决方案，例如汽车制造等大规模制造中使用的材料。与协作机器人不同，工业机器人需要安全外壳才能在人类周围安全运行，并且适应不同任务的灵活性较低。由于工业机器人执行高度精确和一致的任务，例如焊接、喷漆和装配，因此编程和重新编程可能很复杂且耗时。工业机器人在固定自动化解决方案中很常见，
龙门机器人
龙门机器人，也称为笛卡尔机器人，是一种沿三轴笛卡尔坐标系运行的机器人自动化系统。它们具有线性执行器，可沿 X、Y 和 Z 轴移动机器人。与协作机器人和工业机器人相比，龙门机器人以其大工作空间、高有效载荷能力和刚性而闻名。它们通常用于大型物料搬运、自动装配线、汽车制造、物流和仓储等行业。
如何开始制造自动化？
随着近年来技术的发展，制造自动化对于中小企业来说越来越触手可及。然而，制造自动化的起步仍然令人不知所措。要确保自动化项目成功，并为成功和盈利奠定基础，需要遵循一些关键步骤。
开启您的工业自动化之旅
为了帮助制造商完成他们的第一个自动化项目，在设计、编程和部署自动化项目方面拥有数十年经验的 Vention 专家编写了一份关于如何开启您的工业自动化之旅的指南。本指南包括设定明确的目标、任命技术负责人、从低风险项目开始、获得自上而下的支持等。遵循这些建议可确保自动化之旅顺利而成功。
选择首先实现自动化的制造流程
对于任何开始自动化制造之旅的制造商来说，最具挑战性的任务之一就是决定首先自动化哪个流程。竞争者可能有很多，都在争夺自动化带来的生产力和效率提升。然而，您不应该从制造车间的任何流程开始——您需要找到最合适的流程。请遵循本指南，了解首先要自动化哪个制造流程，并考虑关键因素。
建立先进制造团队 (AMT)
AMT 是一个内部团队，致力于推动公司一个或多个制造工厂的工业自动化计划。尽管对于需要深度流程专业知识的自动化项目，可能仍会依赖外部系统集成商，但 AMT 非常适合推动入门级和中级项目，这些项目需要灵活性和有限的预算才能产生影响。阅读本指南，了解建立 AMT 的五大主要好处。
组建先进制造团队，实现制造自动化
AMT 具有提高速度、减少资本支出和提高员工技能等优势。要为机器人和工业自动化构建有效的 AMT，需要考虑一些建议，包括组建跨职能团队、建立项目管理框架、投资模拟和测试等。本文包含有关如何有效构建 AMT 的全面指导。
计算机器人和工业自动化的投资回报率 (ROI)
计算投资回报率对于展示工业自动化项目的长期价值和获得管理层批准至关重要。然而，由于此类项目涉及众多因素，实现准确的投资回报率计算可能很麻烦。本指南概述了计算投资回报率所需的基本要素，并提供了如何使用Vention 投资回报率计算器的说明。
端到端制造自动化工作流程是什么？
虽然每个制造自动化项目都会有所不同，但所有制造商都应该了解端到端工作流程的四个关键阶段：设计、自动化、部署和操作。
制造自动化平台 (MAP)的创建只有一个目标——引导用户完成创建自动化设备的每个阶段。这个功能强大且直观的平台将工程软件和模块化硬件无缝集成到统一的数字环境中，弥合了数字世界和物理世界之间的差距。
MAP 为各个专业水平的制造专业人士（从自动化新手到高级集成商）提供支持，使他们能够高效且有利可图地实现工厂运营自动化。
设计
完成“开启您的自动化之旅”系列中的每一步后，就该开始自动化项目的第一阶段：设计。MAP 中包含MachineBuilder，这是一款专为工厂车间打造的 3D CAD 软件。这款 AI 驱动的工具可直接在 Web 浏览器中快速创建和设计自动化设备、机器人单元和工具。MachineBuilder 可免费使用，旨在满足所有经验水平的制造商的需求。
自动化
MachineBuilder 中完成的每个设计都会生成一个数字孪生，即物理机器的近乎完美的数字复制品。这些数字孪生在MachineLogic中起着至关重要的作用，用户可以在其中编程和模拟自动化序列。对于自动化初学者来说，有一个用户友好的无代码界面可以作为传统 PLC 和机器人编程的替代方案。高级用户可以利用本机 Python 集成来满足更复杂的编程需求。
部署
一旦通过模拟验证了设计和编程，下一步就是在MachineCloud中进行部署。得益于模拟阶段的全面验证，部署变得非常简单，只需单击一下即可完成。用户可以轻松地从数字孪生将程序和机器配置传输到物理机器，所有这些都直接通过 Web 浏览器完成。
操作
组装并全面部署物理机器后，就可以开始获得投资回报了。MachineAnalytics通过实时远程监控最大程度地延长机器正常运行时间并优化性能。通过数据和分析跟踪机器，同时还可以使用RemoteView实时查看机器运行情况。对于意外停机或机器故障，可按需提供远程支持以进行故障排除和问题解决。
通过将这四个自动化阶段包含在一个易于使用的平台中，制造商能够推动工业自动化项目向前发展。借助 MAP 提供的 DIY 功能，制造商可以降低劳动力成本并缩短项目时间，从而使您的自动化速度提高 3 倍，成本降低高达 40%。
人工智能如何应用于制造自动化？
过去十年，人工智能的应用发展迅速。在制造自动化领域，人工智能多年来一直用于分析生产或供应链数据、优化流程以及执行质量控制和维护。
最近，人工智能（尤其是生成式人工智能）的新发展为制造自动化开辟了新的可能性。我们将它们归纳为三大趋势：
- 编程副驾驶：使用基于提示的编码来实现自然语言命令，增强沟通和效率。这可以通过 ChatGPT 等模型来实现。
- 实时自适应路径编程：以最少的人为干预操作机器人，以实现最大的编程精度和自主适应性。需要机器视觉和基于任务的编程才能成功。
- 机器人单元的综合训练：利用虚拟环境对机器人系统进行训练和调试。需要精确的数字孪生来模拟场景、尽早发现问题并快速创新，从而提高部署过程中的准确性。
人工智能领域的领导者 NVIDIA 最近宣布与 Vention 合作，以更快的速度创建近乎精确的数字孪生，以便制造商在投资之前测试他们的项目。开发领域包括机器人单元的生成设计、副驾驶编程、基于物理的模拟和自主机器人。
制造自动化涉及哪些风险？如何降低这些风险？
实施制造自动化有很多好处，但与任何流程一样，它也伴随着风险。这些风险通常可分为两个主要领域：技术风险和流程风险。了解这些风险并有效降低风险对于在制造运营中采用自动化的长期成功至关重要。
技术风险
技术风险是成功集成自动化项目中的所有组件以实现所需性能的挑战。确保机器人单元达到预期性能的唯一方法是购买所有组件，设计和构建机器人单元，然后对其进行测试。不幸的是，它通常不能按预期工作，让制造商承担重大的财务和运营风险。
随着最近的技术进步，有方法可以消除技术风险。一些工业自动化和制造机器人提供商现在提供产品化的“开箱即用”解决方案。这些解决方案是预先设计、预先配置的，通常甚至是预先组装的，因此只需进行最少的设置或定制即可立即使用。这种向产品化制造自动化项目的转变正在带来更可靠、更易于维护的机器。
工艺风险
流程风险是指所选技术能否在各个单元的输入存在巨大差异的情况下始终保持预期水平。从历史上看，管理流程风险一直具有挑战性，因为传统技术无法处理流程的巨大变化。此外，在没有验证系统能力的情况下投入资本支出会对 SMM 造成不成比例的影响。
近年来，云机器人和人工智能显著降低了流程风险。高精度数字孪生和机器设计虚拟化的发展使制造商能够在进行任何资本支出投资之前降低自动化项目的风险。通过将数字孪生和虚拟化与共享和重用制造应用程序、编程功能和库的功能相结合，制造商不再需要从头开始每个项目。
真实制造商通过制造自动化蓬勃发展的故事
制造自动化足以改变工厂车间的发展轨迹。自动化能够提高生产率、提高产品质量、缩短交货时间、改善工作场所安全性等，对于大大小小的制造商来说都是必不可少的。了解真实制造商在引入自动化后取得可衡量成功的客户案例。
萨法里太阳酒店
Safari Sun 是一家家族经营的服装制造商。由于占地面积有限且容易出现挑选错误，他们试图实现手动挑选帽子流程的自动化。Safari Sun 和 Vention 从一个简单的草图开始，在短短八周内就制作出了一个全自动龙门系统。该系统采用 MachineBuilder 设计，并使用 MachineLogic 中的 Python 进行自编程。借助此解决方案，Safari Sun 最大限度地减少了占地面积，减少了挑选错误，并提升了员工的技能，使其能够完成更令人满意的任务
Edwards Vacuum案例
Edwards 正在迁入新工厂，需要为其配备模块化、符合人体工程学的工业设备。Vention 在一周的准备时间内部署了165 多台工业设备，确保 Edwards 的新工厂按时投入运营。Edwards 使用 MachineBuilder 设计设备并进行团队协作，能够快速升级和修改现有设备，而不是将其退役。
经典木工
Classic Woodwork 是一家定制木工制造商，希望提高效率，但在劳动力短缺期间难以吸引更多人才。他们还认为，定制产品的生产无法实现自动化。与 Vention 合作后，Classic Woodwork 仅用 10 周就拥有了一台功能齐全的机器人打磨机，该机器在 Vention 正时皮带第 7 轴上配备了 Universal Robots UR10e。
萨格食品公司
食品加工制造商 Sager Foods 正在寻找一种方法来让员工摆脱码垛工作，这是一项非常耗费人力和体力的任务。为了解决这个问题，他们引入了两台协作机器人码垛机，为三条生产线提供服务。经过两天的调试和培训后，码垛机已全面投入使用，因此 Sager Foods 可以开始获得一年的投资回报。
制造自动化行业的未来
制造自动化行业的未来前景光明。根据Persistence Market Research的一项调查，“工业自动化需求预计每年增长 9.3%，到 2030 年将达到 3077 亿美元，较 2023 年的 1651 亿美元大幅增长。”这些数据表明，工业自动化不仅会继续存在，而且预计未来几年将呈指数级增长。
制造自动化的产品化和平台化以及人工智能和机器学习等新兴趋势正在重塑制造流程，使其更加智能、互联互通且更易于访问。机器人技术在提高生产力的同时，也确保了更安全、更灵活的工作环境，已成为不可或缺的一部分。
随着自动化技术变得越来越容易获得和适应性更强，各个行业的制造商都准备利用这些创新在全球市场中实现前所未有的效率、可扩展性和竞争力。
