随着生产厂通过网络、实体和人力互连,复杂度不断升级,汽车制造商面临更多的安全风险和新的可能性。

BMW Dingolfing

宝马集团负责生产系统、规划、工具制造和工厂设备工程的部长Christian Dunckern称,汽车制造正在进入“智能设备与数字化时代”。现代化机器人、智能设备和外骨骼装置将帮助员工“成为人类工作环境中重要组成部分”。据Dunckern称,不断发展进步的制造格局提供“更多推动生产系统的选择”。然而,随着人类和机械之间的界限逐步消失,安全性方面的问题也不断显现。

2017年3月,宝马宣布了工厂现代化战略,其中一个因素,就是让更多的轻量机器人与人类一同工作,而且到今年年中为止,机器人数量会从40个增加到60个。除了高精确度任务之外,这些机械还要负责艰苦而重复性的任务,从而缓解工人的人体工学负担 — 但同时,安全风险也会提高。

但是,宝马集团在这方面已经有些经验了,2013年公司在南卡Spartanburg工厂已经安装了第一个机器人 — ‘Miss Charlotte’,用于安装车门绝缘设备。还有一些例子,比如德国莱比锡工厂将机器人用于粘合车窗工作,在Dingolfing工厂则用于抬升和安装扇形齿轮。在没有传统防护栏,传感器在接触后出现障碍(包括工人)的情况下,会阻止机器人。在德国雷根斯堡有一个变速器安装设备项目,它能更加清楚地展示,大范围工业机器人也可以直接进行人机合作,同样适用类似的保障措施。


“我们肯定,未来会有新的非接触性传感系统,以超声波或雷达系统为基础,增强人类与辅助机器人之间的协作。" – Henning Loeser, Audi


PART4you, Audi Ingolstadt

Audi first used a collaborative robot for final assembly in 2013

德国Audi公司也将人机协作视为未来智能工厂理念的关键因素。2013年,Inglostadt汽车车体修理厂安装了年和机器人。两年之后,该工厂引进了‘PART4you’机器,在装配车间使用了大众该集团第一个人机协作机器人,用于将冷凝机膨胀箱从储藏盒里运输给人类操作。

据Audi生产试验室主任透露,目前公司在系列生产中开展9个人机项目,其中有5个在2017年末到期。他说,“适用范围从粘合剂应用辅助到单一接合操作辅助,以及降低非人体工学姿势工作的压力等。第一批机器人已经工作,负责连续生产任务重的测量和监管。”

Loeser解释说,对人员的保护措施要看具体应用,从非接触性光幕和可控安全区域的激光扫描仪,到机器人本身的触觉敏感性。他说,“尤其是后者,要考虑整个生产环境。也就是说,组件和夹具上的任何锐缘必须要打磨或盖住。”

 

C4000, Sick Sick's C4000 is an example of advanced light-curtain technology

强调安全性随着汽车制造商不断在工厂采用越来越多的人机团队,传感器供应商(比如Sick公司)预测,对用以保护人员的高科技方案的需求会上升。Sick UK公司负责机械安全的产品专家Martin Kidman说,虽然像防护栏和门户这样的实体屏障仍然用于零部件发放或停顿时间较长的时候,但是机械安全性测试会使流程减速,而且“会容易损耗”。相比之下,像光幕这样的先进技术可以轻松达到安全规格,这里通常需要操作员和维护工人的定期介入,当有人在机器人单元里的时候,通常使用激光扫描仪来阻止机器启动。

光幕技术是在20世纪50年代引进的,并不是新技术,但Kidman说,他们走了很长的路,才摆脱了尺寸、材质、反应时间、多功能性、可配置性方便的局限,迎来了现在的“精制多功能安全工具,不断促进生产力和自动化工厂流程”。红外技术的发展,已经能够超过70米,而汽车本身却却变得更小更紧凑。Kidman说,“有了晶体管输出,反应时间要比继电器快得多。”

现在的综合功能包括:冲裁,此时要关掉光束,才能使场上固定物突破光幕;光束编码,用于避免两个光幕互相干扰;超驰,暂时停止安全功能;静音,用以区别不同的人和物,让材料通过的时候还能提供访问保护。

不断进化的光幕和激光Sick公司的产品能够代表最近的发展,就是在不降低安全性和生产力的同时,提高制造过程中的灵活性。举例来说,Kidman认为C4000是一种拥有“极高综合逻辑功能”的“智能”光幕,也就是说这个产品能够提供多种选择性保护性任务,而不需要增加激光扫许通过描仪、近距离传感器和安全继电器。动态防护能够区别区域内复杂的物体、用品和在场人员(这里的材料必须通过危险区送递)。C4000是在2000年推出的,产品名称是根据其多重光束 — M4000命名的(于2005年引进),但是Sick公司的产品种类很多,足以迎合多种不同的生产环境。

公司在数月之前推出的最近产品是Safe Portal Solution,该产品使用了激光扫描仪技术。该设备利用两个垂直安装的扫描仪,同时操控4个保护区域,具有较高的灵活性、双向安全性和持续的防护,比传统光幕覆盖面要小,组件数量少。

Safe Portal Solution, Sick As in Sick's Safe Portal Solution, lasers can be used to protect personnel – and productivity

据Kidman说,该产品的静音性能优良,因此有人走过也不会被发现,使用实体防护来提高防护,但是制造过程就职局限在一种变体。Kidman说,相比之下,“有一种安全激光扫描仪能够改变消音器的覆盖范围,并跟随汽车电路。它还能编程,具有多环路 — 达到64个 — 安置在扫描仪内,并根据产品路径自动开关。”

Safe Portal Solution的可以应用于车身、发动机的转移,以及自动导引车动力传动系统的装配,也可以用于输送带商托盘运输零部件和组件。由于这还是新产品,还没有安装配任何一家OEM制造商工厂,但是鉴于产品多种优点,局势很快会被扭转。

汽车制造商们对生产安全性有着自己的远见卓识。Audi公司的Loeser说,“我们肯定,未来会出现基于超声波和雷达技术的非接触性传感系统,进一步增强人类和辅助机器人之间的协助。这也是我们合作研究这些项目,密切关注技术发展的原因。”

 

 

 

 

从数据吸取安全教训

工业4.0革命通过连接网络语实体系统转变汽车制造的格局,这必将在汽车制造商和供应商之间掀起数据洪流。尽管这对制造业灵活性和生产力,以及安全性都是难得的机会,但是对信息管理来说,却是一个大挑战。

业内专家Rockwell Automation将这种复杂的生产环境称之为“企业联网”。Rockwell公司业务发展经历兼TÜV功能安全专家George Schuster发问道,“你们能搜集(已经实现多年)数量庞大的数据,但是我们拿这些数据做什么呢,又该如何管理呢?开始的时候,我们负责联网部分,但基础设施却严重滞后。下一部分就是提高分析能力,将数据连网到工厂车间的特殊活动中去。”

他承认说,“人们考量的很多数据都是有价值的,安全性通常并不是首要关注点。生产量、等待或阻塞、设备综合效率(OEE)和质量 — 这些似乎是大多数制造商最先考虑的东西。但是安全性已经成为关键绩效指标(KPI),同时也是车间极具价值的数据集。”他说,深层原因是,这些数据能够让人洞悉到停机时间,以及不同用途中系统的错误使用、生产网络中的换班和工厂;此外,这有助于公司存档,改善制度执行,完全释放系统的整个生命周期。

Safety Report, Rockwell Measuring the actual frequency and duration of light-curtain interruptions against expected rates can provide insights into what is really happening on the plant floor, as illustrated by software from Rockwell

举例来说,搜集光幕干扰数据,制造商就可以拿来比较实际与预期频率及持久度,然后调查异常现象的原因。高数值可能意味着有人使用不当或出现违规等危险情况,而地数值可能表明检测实行失败、数据造假或规避安全协议。他说,“这是在挥舞红旗呢,也就是说我们需要找到问题的根源。这需要拿出一个调查流程,找出为什么频率要比设计的要高或低。”因为Schuster提到的另一个技术改进就是人员生物特征身份认证,以及根据个人能力而量身定做机器行为 — 这是另一个安全措施 — 似乎在“什么”、“哪里”和“什么时候”这种异常现象细节之外,还可以加上“谁”和“为什么”,尽管这要看验证的是哪个系统。

尽管不愿意在“企业联网”的完全现身上固定一个时间表,因为公司发展速度都不同,但是Schuster称,现在已经出现3个关键性条件:实施以太网为基础的基础设施;认识到安全性、安保,以及整体风险控制之间的关系;分析工具不断改进,能够理清数据了。他总结说,“关键的这三个东西直到今天才汇聚在一起。”

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