简化机器人编程：利用PLC工程环境进行机器人编程

图片来源：西门子

作者 | Rahul Garg

本文探讨了数字孪生及协作机器人如何帮助工厂克服劳动力短缺的问题，提升生产效率，并在数字化转型过程中保持盈利能力。

生产效率是确保制造企业未来竞争力的关键。当前制造商面临的挑战在于：如何在应对劳动力短缺、成功集成新技术的同时控制成本，进而实现效率提升。对许多企业而言，最直接的解决方案是进一步推进流程自动化，以确保生产的灵活性与运营的最优化。但这种方法往往令人望而却步，因为许多自动化方案需要非常专业的经验与知识。

此外，许多棕地制造工厂（指拥有现有设备和成熟流程的工厂）更倾向于维持传统生产模式。原因在于：采用新系统、集成更先进的机械设备，再加上招聘具备专业技能的人员，这一系列投入往往让大多数制造商难以维持微薄的利润率。

正因如此，数字化成为实现现代化和保持盈利的关键。但必须认识到，制造运营的数字化并非意味着制造商需要淘汰所有现有设备，用新技术取而代之。这一现实也正是该过程常被称为“数字化转型之旅”的原因。

从仿真入手

为确保新的自动化功能可以顺利集成并简化整个过程，制造商应借助仿真技术，在数字孪生环境中设计、离线编程、验证和虚拟调试新技术。这一切之所以可行，是因为现有软件已能够对整个工厂进行仿真，细化到生产线、工作站、设备、机器人、电机、传感器与执行器，甚至包括工厂内的作业人员。

通过数字孪生技术，企业可以构建一个精确、实时的工厂虚拟模型，该模型便于跨团队、跨学科的工作人员理解与使用。明确潜在改造方案的适用性，有助于工程师和设计师在将新设备与新过程集成到生产线之前，测试特定过程的可行性——这在涉及人员安全时尤为重要。

数字孪生中的完整创建与验证周期（包括设计、编程和虚拟调试），可大幅减少将自动化系统集成到现有生产线所需的时间和精力，使那些不愿中断或改变生产线的工厂也能轻松实施。由于测试在虚拟环境中进行，潜在新系统的试运行成本低廉且可持续，与物理实物相比优势明显。此外，模拟验证可在数天而非数周或数月内完成，从而能够快速设计出更优化、更灵活的系统。

简化机器人编程

在非结构化环境中运营的工厂，可能还需应对来自多个供应商的机器人及其各异的编程方法。幸运的是，主流机器人厂商联合开发了标准机器人命令接口（SRCI），使得利用PLC工程环境进行机器人编程成为可能。这一接口可以显著降低在工厂自动化系统中使用机器人的门槛。

通过PLC工程环境及其低代码编程语言（如梯形图），用户只需将库组件拖拽至标准编程环境中即可完成机器人的编程，从而使车间工作人员能更轻松地部署机器人，以执行不同的任务。这意味着维护人员可使用统一的标准化HMI界面操作机器人任务，而无须依赖具体的机器人供应商。因此，工厂不再需要仰仗特定机器人供应商来提供维护服务，甚至可在具有相关资质人员可用的情况下，自主维护机器人系统。

结合数字孪生技术，工厂可进一步应用人工智能（AI），以推动实现机器人自动化目标。借助AI技术，能够增强工业机器人的感知能力与决策流程，从而进一步提升其功能。例如西门子Simatic Robot Pick AI等解决方案，可通过数字孪生和计算机视觉技术进行虚拟训练，让机器人能够处理各类非确定性任务，准确率超过 98%。

协作机器人的助力

尽管自动化带来诸多收益，但仍有一些企业担心，对现有生产系统进行全面改造可能得不偿失。但与普遍认知相反，实现自动化并不要求工厂将所有旧设备替换为更新、更先进的机器。事实上，许多工厂通过将协作机器人集成到现有生产系统中，已实现了可观的投资回报。

借助协作机器人，棕地项目可实现：

• 提升生产过程的灵活性与适应性；

• 在产品需求持续增长时弥补人员的不足；

• 最大化运营效率并降低运营成本。

如今，大多数协作机器人利用AI算法，实现更接近人类的操作模式，从而实现部分装配任务的自动化。例如，部分协作机器人可在标准螺丝拧紧工位进行操作。借助AI技术，协作机器人能模拟人类的触觉反馈，完成以往仅能依靠人工完成的任务。

数字孪生技术还能简化协作机器人的部署流程。在模拟环境的工作站设计阶段及虚拟调试阶段，操作员无需实际搭建设备，即可精准预览协作机器人在工作站内的运行轨迹。这种在虚拟空间中观察协作机器人与人类工人的交互方式，不仅比实体原型测试更为便捷，更能确保协作机器人与操作员从启用之初便实现无缝协同。

关键概念：

■ 利用数字孪生虚拟设计、测试和验证新的自动化系统，可将集成时间大幅缩短，同时最大限度地减少成本和生产中断。

■ 将AI驱动的协同机器人整合进现有生产线，可提升灵活性和效率，而无需彻底翻新设备。

思考一下：