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西门子SM326数字量输入模块
产品时间:2020-11-23
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借助人工智能(AI),西门子的研发人员开发出了一种双臂机器人,无需编程即可用于产品制造。机器人手臂能自主分工协作。

“咔嗒”一声,一只机械手将一个灰色部件准确卡入导轨。手臂缩回去抓住另一个部件,这次是为了将其放在位置,转交给另一只手臂,这样得以协调组装控制柜。西门子中央研究院近日在慕尼黑演示了双臂机器人的一部分:双手协调操作。机器人系统是未来制造业的一个关键要素——它代表着工厂完全自主控制生产的未来。

自动化系统领域专家:来自西门子中央研究院的Kai Wurm(中)和Georg von Wichert(右)正在观察双臂机器人的行为。

实现经济的“单件定制化生产”

在某种程度上,自主控制在大批量生产中已经成为现实,正如西门子德国安贝格的数字化工厂所展示的那样。安贝格工厂生产Simatic可编程逻辑控制器,实现了75%的自动化程度和99.99885%的质量合格率。不过,这些部件都是大批量生产的。每年有1200万件Simatic控制器发往全球各地的6万多个客户。因此,大批量生产已经成为现实。现在制造业更为需要的是超越基本的自动化,以自主执行任务的能力支持小批量、多品种生产,从而满足用户日益增长的定制化需求。传统自动化目前仍无法支持“单件定制化生产”实现盈利。

在西门子中央研究院,Kai Wurm博士和Georg von Wichert博士率领的团队致力于自主系统的研究,并成功解决了这个问题。Wurm指出:“我们的双臂智能机器人原型证明,经济划算的‘单件定制化生产’是可以实现的。将来,机器人将不再需要花费大量时间进行成本高昂的编程,不再需要仅能实现固定组装操作的冗长代码。我们只需要任务,系统就会自动将这些指令转换成程序。”

过渡到语义信息

Wurm表示:“我们只需告诉机器人,把某个部件安装到导轨上,它就会执行这个操作。”作为一个简化的例子,这项任务描述了 “单件定制化生产”的内涵。其中涉及加工或组装含有不同部件的多样化产品。机器人从关联的软件模型中获取制造产品的相关信息。传统的机器人无法理解这种CAD/CAM(计算机辅助设计和制造)模型,但新的机器人原型可以做到。从某种意义上说,这就好像机器人能够理解不同的语言,从而不必对其运动和工艺进行编程。

为此,机器人逐层拆分任务,如将“组装”这一总命令拆分为“拾取”和“递交”等可执行动作,直到机器人最终移动手臂或张开抓手。机器人能自己决定哪个手臂应该执行哪项任务。为做到这一点,开发人员赋予机器人将信息从产品开发软件提取到语义层的能力。

重大目标:Georg Wichert(左)和Kai Wurm开展的研究证明,经济可行的单件生产是可以实现的。

Wurm指出:“产品部件和工艺信息在语义层面被转换成知识本体和知识图表,将原本隐含的信息清楚表达出来。到目前为止,对于将X部件卡入Y导轨这样的任务,人们必须以代码的形式教给机器人。不过,我们的原型机器人会自己分析问题并找到相应的解决方案。”

在西门子原型的演示中,机器人手臂右侧的显示器上以非常简化的形式展示了这一过程。显示器显示两行色块,每个色块都带有例如“组装”(左栏)和“拾取”(右栏)等词。这些色块以类似滚动网页的方式向上移动。色块描述每个组装步骤。在左边的显示器上,屏幕显示机器人手臂在生产过程开始时接收到的信息,包括周围区域及主体的3D描述。在演示系统上方另有两个屏幕,展示机器人手臂通过集成摄像头看到的画面。

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向自纠正系统迈进

西门子中央研究院的原型系统还有纠错功能,不必事先预设错误(之前不知道会有错误发生,所以纠错没有被事先告知是一种选项)。例如,如果一个部件滑落,只要它在摄像头的视野内,机器人手臂就能够找到该部件。然后,手臂将拿起部件并调整所有后续动作,并正确安装。如果部件安装在另一侧,该手臂会把部件交给另一只手臂。这些突破性的开发成果是“公司核心科技(Company Core Technology)——自动化未来项目”的一部分,CCT使西门子能够专注于关键创新领域,如“数字化双胞胎”、人工智能和增材制造。

当然,组装控制柜只是一个开始。西门子开发人员设想的是自组织的生产设施,可以响应自主改变的生产要求,不断优化操作,并充分利用互相协助的机器人。这些设施将是革命性的进展,即可自我馈送设计数据、纠正错误并自行计算所有动作和行为的系统。Wurm表示:“很多其他研究人员正试图解决这个问题,但市场上的产品都不如我们所开发的。”

德国西门子(SIEMENS)公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛,在冶金化工印刷生产线等领域都有应用。西门子(SIEMENS)公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC(如S7-200),小规模性能要求的PLC(如S7-300)和中、高性能要求的PLC(如S7-400)等。
西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变频器品牌,主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo(内部功能互联)功能以及无可比拟的灵活性,在变频器市场占据着重要的地位。
西门子电机性能
西门子电机(SIEMENS电机)西门子公司是全球的电机制造商,拥有超过100多年的电机制造经验。西门子电机产品涵盖了几乎所有工业领域所能使用的电机,无论您需要驱动何种负载,西门子电机都能满足系统的具体要求。
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——宽电压,宽频:实际使用电压可以在额定。[2]

 

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