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关于面向智能工厂的工业机器人远程运维标准的思考与建议

陶 永 2018-09-12 4247 432

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剖析产业发展现状

为区域/园区工作者洞悉行业发展

在早期的智能工厂中,机器人大多是单机运行的,机器人状态信息一般通过定期停机检测来获取,缺少在线健康状态监测、故障诊断和预测性维护的条件和手段,工业机器人的运维处于较初级的水平。

  随着我国制造业转型升级,以工业机器人为关键技术装备的智能工厂成为发展的热点和必然趋势。在早期的智能工厂中,机器人大多是单机运行的,机器人状态信息一般通过定期停机检测来获取,缺少在线健康状态监测、故障诊断和预测性维护的条件和手段,工业机器人的运维处于较初级的水平。

  近年来,网络技术的普及使得工业机器人远程运维成为智能工厂发展的新趋势。当前,工业机器人一般都提供了有线或无线网络接入功能。借助于网络连接,机器人本身的传感器数据可以十分方便地被传送到企业服务器或云平台。基于云端或服务器端对传感器数据进行分析和挖掘,企业可实现对工业机器人运行状态的实时监控、故障评估和预测性维护。因此,工业机器人远程运维是当前智能工厂网络化发展的必然要求。

  值得注意的是,工业机器人远程运维目前还处在相对无序的起步阶段。相关条件建设缺乏统一的技术标准,不同企业往往采用不同的远程运维平台和数据接口。这种现象给同行业互联互通带来了极大的困难。在此形势下,国内制造业迫切需要抓住眼下转型升级的机遇期,及时启动并大力推进工业机器人远程运维技术标准研究,以抢占工业机器人远程运维技术制高点。这对于提高我国在工业机器人标准领域的国际竞争力,带动我国工业机器人产品研发与应用推广,设定国内工业机器人市场准入门槛以及提升国产工业机器人市场份额具有重大战略意义。

  工业机器人是智能制造的重要支撑

  我国在历经长达30余年的环境污染、资源浪费、劳动密集的经济超速发展之后,随着自然资源的逐步枯竭和人口红利的不断消失,经济发展模式面临着不得不转型的严峻考验。当前,国内工业产业无论是结构调整还是发展模式升级,其首要任务都是要将传统的资源密集型和劳动密集产业转变为知识密集型和技术密集型产业,而这其中最为核心的调整手段便是工业机器人的推广和普及应用。在当前制造业转型升级过程中,工业机器人是各个企业最为急需的高端关键技术装备。

  党的十九大报告指出“加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”。

  2015年11月,习总书记在《致2015世界机器人大会贺信》中指出“随着信息化、工业化不断融合,以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个重要标志。中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域,我们愿加强同各国科技界、产业界的合作,推动机器人科技研发和产业化进程,使机器人科技及其产品更好地为推动发展、造福人民服务。”

  2016年3月,工信部、发改委、财政部联合印发《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,提出“进工业机器人向中高端迈进。面向《中国制造2025》十大重点领域及其他国民经济重点行业的需求,聚焦智能生产、智能物流,攻克工业机器人关键技术,提升可操作性和可维护性,重点发展弧焊机器人、真空(洁净)机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV等六种标志性工业机器人产品,引导我国工业机器人向中高端发展。”

  智能制造将信息技术与制造技术融合发展,包含了发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域等重点方向。智能装备是智能制造的实现端,而工业机器人是最重要的高端智能装备之一。工业机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势,是实现智能制造的重要基础,也是我国实现工业自动化、数字化、智能化的重要保障。随着汽车、机械加工、化工、3C电子、医疗器械、国防军工等领域转型升级的不断深化,工业机器人将在智能制造中扮演越来越重要的角色。

  工业机器人远程运维是智能工厂的重要发展趋势

  目前,工业机器人行业全球80%市场份额被安川、FANUC、KUKA、ABB等国际巨头所占据,国内企业仅占很少份额。随着制造业转型升级,未来20年我国工业机器人市场需求将达到100万台/套以上,市场规模在1000亿元以上。根据巴克莱的预测,到2025年,全球工业机器人销售额将从2015年的1.16亿美元,增长到200亿美元。面对如此大规模的市场,十分有必要将工业机器人列入高端制造装备的国家发展战略,大力推动工业机器人技术研发、标准制订和产业化推广工作,使我国在未来国际竞争中抢占先机。

  在全球工业互联网浪潮日益高涨的背景下,智能工厂的互联互通已经在越来越多的国家和地区变为现实。近年来,高性能传感器技术与高速工业互联网技术的发展为智能工厂关键装备远程运维提供了重要的技术条件支撑。在上述技术的牵引下,众多国际一流的制造企业都纷纷对其自动化生产线上的机器人等关键装备实施了远程运维,包括运行状态自动监测、健康评估、故障诊断、预测性维护等等。远程运维技术的发展使得工业机器人的稳定可靠运行有了重要的技术条件保障,对提升企业的经济效益具有十分重要的作用。

  工业机器人远程运维标准对我国制造业转型具有重要引领作用

  目前,我国制造业转型升级正处在一个十分重要的攻坚时期。机器人代替人已经成为国家、社会和企业的共识,工业机器人在车辆、机械、能源、化工、电子等行业的应用呈井喷式增长。然而,和工业机器人在发达国家制造业中的应用情况相比,我国工业机器人的应用还处在一个较低的层次,它们在大多数情况下仅仅起到了替代人力的作用,机器人的智能化与网络化优势在工业制造领域还未完全发挥出来。目前,在国内制造业,大多数工业机器人都仅仅是作为一台独立的设备在生产线上开展工作。绝大部分已经配备了机器人的企业都还未建立远程运维平台,工业机器人的互联互通、状态在线监测、故障在线评估以及预测性维护都还未提上建设日程。所以,从远程运维的角度来讲,这些配备了工业机器人的国内企业和真正的智能工厂还存在很大的差距。

  传统的工业机器人运行维护主要依靠专业化的运维工程师进行现场操作。传统运维方法成本高昂、效率较低。与传统的现场运维相比,基于工业互联网、物联网、传感器、云计算等技术的工业机器人远程运维服务系统具有明显的技术先进性。

  在制造业转型进程中,工业机器人运程运维还有很长的路要走,还有很多技术问题需要解决。为了解决好其中的关键技术难题,十分有必要从国家层面立项开展工业机器人运程运维技术标准研究,用标准研究的成果引领相关的技术攻关和条件建设。

  远程运维是国内工业机器人应用中亟待突破的技术瓶颈

  在发达国家,由于机器人普及程度较高并且工业互联网发展较为完善,工业机器人的远程运维已经发展到了相对较高的水平。许多工业机器人制造商,如ABB、KUKA、安川、FANUC等等,都建立了远程运维的网络技术平台,并基于平台对其遍布于全球客户企业的工业机器人开展实时的运行状态监测、健康管理、故障诊断、预测性维护和远程软件升级。在国内,由于机器人研制和应用起步较晚,同时工业互联网也发展得不够完善,所以工业机器人的远程运维至今还处于一个十分初级的水平。虽然越来越多的工业企业都逐渐开始使用工业机器人,但是受各方面技术条件的限制,在实际运行过程中,往往还需要通过定期停机进行机器人状态检测和维护,机器人的智能化优势还没有得到充分的发挥。因此,工业机器人在线状态检测评估、远程故障诊断、预测性维护等是目前国内制造业转型升级过程中亟待解决的重要技术难题。

  工业机器人远程运维标准的现状

  我国现行机器人国家标准体系中含标准100多项,标准体系相对完整。已经发布的国家标准和行业标准43项。ISO/TC299国际机器人标准化技术委员会发布的国际标准已全部被国内对口组织SAC/TC159/SC2转化为国家标准。我国机器人领域国际标准的采标率是100%,但在工业机器人远程运维标准化领域国内标准化方面还几乎是空白。

  在工业机器人远程运维国际标准化领域,也没有研制和发布具体的国际标准。但在机器的故障预测等方面ISO、IEEE、MIMOSA(机械信息管理开发标准联盟)以及SAE(美国汽车工程师学会)已经发布了一系列标准。

  ISO/TC108发布的ISO13374系列标准主要集中在机器人的状态诊断、数据处理以及通信与表达等方面。

  IEEE 发布的标准介绍的主要是信息交换模型以及故障诊断标准体系的发展方向。

  MIMOSA发布的标准包括开放系统架构的视情维修OSA-CBM标准和企业应用集成的开放系统架构OSA-EAI标准。

  SAE的可靠性技术委员会开始了一项基于状态的维护领域的标准 SAE AR P6204,该标准为实施基于状态的维修给出了技术路径。

  在国内标准化领域,SAC/TC159全国自动化系统与集成标准化技术委员会共发布了两项机器状态诊断领域的国家标准GB/T 26221-2010《基于状态的的网络化维护系统体系结构》、GB/T 22281.1-2008《机器的状态监测和诊断 数据处理、通信和表达 第1部分:总则 》。机器的状态检测系列标准对工业机器人的远程运维标准具有一定的参考意义。

  需加强我国工业机器人远程运维标准的研究与攻关

  我国工业机器人国家技术标准的研究已具有一定基础,机器人技术标准体系已经基本建立。但是,相对而言,工业机器人的远程运维标准研究才刚刚起步,至今还没有这方面的国家标准、行业标准和企业标准颁布。随着物联网、工业互联网、大数据、人工智能、机器人技术以及状态监测评估技术的发展,各企业越来越重视工业机器人的远程运维。虽然个别企业已经开始尝试开展工业机器人运行状态的在线监测和评估,但是目前这方面的工作还主要局限在健康管理的范畴,离远程运维还有较大差距。

  目前,在工业机器人状态监测和评估方面,不同的企业往往采用不同的技术方法和手段,整个工业机器人行业尚缺少远程运维的统一标准和规范。这一现象使得工业机器人状态感知、故障识别、预测性维护数据无法便利地实现互联互通。不同企业各自自成体系,极大地限制了工业机器人在智能制造领域应用水平的提高。因此,标准缺失是目前工业机器人远程运维技术发展和应用过程中亟待首先解决的一大难题。只有当工业机器人远程运维数据、故障识别方法、预测性维护模型接口以及故障识别的专家知识库等得到统一之后,才能真正实现数据的互联互通,降低远程运维成本,提高远程运维的可靠性和运行效率。

  

  

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