自动化探索问题
各种规模的制造商都认识到，自动化可以帮助解决劳动力短缺、提高产量和质量、减少浪费，并提供更一致的产出。然而，从认识到这种潜力到实际部署机器人工作单元的过程往往令人望而生畏。市场上充斥着成千上万种不同形状和尺寸的工业机器人，来自众多品牌，还有成千上万种末端执行器和外围设备。将这些选项与不同的布局、安全要求和集成需求相结合，可能的配置数量几乎是无限的。
对于刚接触自动化的公司来说，问题会迅速堆积起来。需要什么尺寸的机器人和外围设备？工作单元将占用多少占地面积？产量能否证明投资的合理性？新系统与现有机器的集成效果如何？是否存在被单一供应商锁定的风险？投资回报需要多长时间？使用静态图纸、CAD布局或电子表格来回答这些问题是有可能的，但这些工具无法揭示机器人系统在实际操作中的行为。
为什么数字孪生现在很重要
宏观经济状况使得资本决策更加困难。全球经济不确定性和能源投入成本上升给制造商带来了压力。几个关键市场的情绪和投资者信心有所下降，许多公司对新资本支出进行了更严格的审查。在这种环境下，人们倾向于推迟自动化项目，直到条件感觉更可预测。但不确定性并不意味着停滞不前。
数字孪生软件提供了一种降低早期探索风险的方法。制造商无需预先投入资金，而是可以构建拟议机器人工作单元的虚拟模型，并在现实条件下进行测试。数字孪生作为一种动态模拟，改进了静态表示。它允许公司在购买任何物理设备之前比较机器人和布局、测试外围设备、优化机器人基座位置、探索防护布局、模拟零件流动，并考虑操作员的可访问性。
这种方法对于首次购买自动化的买家尤其有价值。它也对系统集成商的工作起到了补充作用。虽然数字孪生不一定能取代系统集成商，但它可以帮助制造商在引入集成商或开始内部实施之前，更有效地评估机器人和规划应用。
数字孪生能展示什么
数字孪生是完整机器人工作单元的虚拟模型。它可以包括机器人、末端工具、夹具、输送机、传感器、操作员和周围设备。数字孪生不是依赖假设和草图，而是展示系统将如何实际运行。这种洞察可以分为几个关键领域。
可达性、轨迹和节拍时间
数字孪生可以验证的第一件事是机器人是否能到达所有需要的位置。这看起来可能很简单，但可达性问题往往在安装后才出现。数字孪生软件允许用户提前测试轨迹和刀具路径，优化基座位置和方向，以确保机器人能够到达工作范围内的每个点。
节拍时间估算是另一个主要优势。通过模拟机器人的实际运动，包括加速、减速和辅助动作，制造商可以估算每个生产周期需要多长时间。这些信息直接用于产量计算，并有助于验证自动化投资是否能满足生产目标。
碰撞风险和维修通道
数字孪生可以在碰撞风险成为现实问题之前识别它们。通过对整个工作单元（包括夹具、输送机和操作员）进行建模，软件可以突出显示机器人与周围设备之间的潜在干扰。这允许工程师在规划阶段重新设计布局和调整工作单元几何形状。
操作员通道和维护间隙同样重要。一个理论上运行良好但无法安全维护的工作单元会导致停机时间和挫败感。数字孪生软件有助于评估操作员装载零件、卸载成品以及到达关键部件进行日常维护的难易程度。
应用模板作为起点
一些数字孪生平台包含应用模板，旨在为公司提供起步优势。当制造商知道要自动化的任务（如码垛、焊接或机床上下料）但不确定哪种机器人、夹爪或布局效果最好时，这些模板特别有用。模板提供了经过验证的起点，可以使用制造商自己的零件尺寸、生产率和占地面积限制进行定制。
像RoboDK这样的数字孪生平台
RoboDK是支持这种早期探索的数字孪生和离线编程软件的一个例子。该平台允许用户测试来自1,400多个品牌的机器人，从而无需购买任何硬件即可比较不同品牌和型号。这种广泛的选择很重要，因为制造商不希望发现自己被锁定在单一供应商或次优机器人上，而资本已经投入。
通过在一个环境中模拟各种机器人，制造商可以确定最适合其应用的产品。他们可以评估可达性、有效载荷、速度以及与不同末端执行器的兼容性。结果是更明智的选择过程，降低了代价高昂的错误风险。
开始使用的实用步骤
- 从明确的任务定义开始，包括零件尺寸、节拍时间期望和所需产量。
- 使用数字孪生测试多个机器人品牌和尺寸，然后缩小到候选名单。
- 对整个工作单元布局进行建模，包括输送机、夹具、防护和操作员通道，以尽早发现潜在问题。
- 估算节拍时间并与生产目标进行比较，以验证商业案例。
- 迭代优化机器人基座位置和轨迹，以最小化占地面积并最大化效率。
- 让操作员和维护人员参与虚拟设计审查，以捕捉人体工程学和服务性问题。
- 数字孪生完善后，将模拟分享给系统集成商，或将其作为内部实施的基础。
将不确定性转化为明智行动
当前的经济环境可能使资本支出感觉风险更大，但出于不确定性而拒绝行动可能是一个更大的竞争风险。自动化仍然是应对劳动力挑战、质量要求和成本压力的有力手段。数字孪生软件为制造商提供了一种低成本的方式来探索选项、比较替代方案，并在做出具有约束力的财务承诺之前验证计划。
对于刚接触自动化的公司来说，在虚拟环境中测试和完善概念的能力是一个游戏规则改变者。它将一个令人生畏的决定变成了一个结构化的工程练习。从数字孪生中获得的洞察可以缩短集成时间线，减少变更订单，并提高最终安装满足性能期望的可能性。
最终，数字孪生不仅仅是一种设计工具。它们是一种战略推动者，使制造商能够自信地前进。通过在虚拟环境中探索自动化，组织只有在清楚了解什么可行、成本多少以及将产生什么回报时，才投入资本。
本文基于The Robot Report的报道。阅读原文。
Originally published on therobotreport.com