西门子：2021年控制机器人的复杂性和成本白皮书（14页）.pdf

1、Siemens Digital Industries Software高层摘要随着新技术的涌现 5G、边缘计算、机器学习(ML)、人工智能(AI)和视觉能力的进步，机器人行业已准备好兑现工业 4.0 的承诺。但要 创造能够以高精度处理小批量工作的自主机器人，同时又不影响安全 性，这很具有挑战性。制造商需要采取新的工程方法来控制复杂性和 成本。本白皮书重点介绍了应用仿真和测试解决方案来解决工程方面 的挑战，例如根据有效载荷确定机器人执行器的尺寸，用虚拟调试流 程验证控制逻辑，以及实现更严格的性能、可靠性和安全性目标。 复杂性和成本使用仿真和测试解决方案，加快先进机器人的设计白皮书|控制机器人的复

2、杂性和成本2Siemens Digital Industries Software目录摘要.3推动制造业转型的趋势.3灵活生产.3智能机器.3可持续性.3敏捷和成本效益.3实现工业 4.0 需要速度、灵活性和品质.4采用机器人技术实现规模化影响.5推进机器人工程的整体方法.6系统和执行器尺寸.6运动学和动力学.6运动精度、振动和声学.7可靠性（热力、结构、电缆线束）.8能源和运行效率.9虚拟调试.9应用案例.10确保高速分拣机器人的持久和安全运行.10自动导引车系统的并行工程和虚拟调试.11结论.13白皮书|控制机器人的复杂性和成本3Siemens Digital Industries Sof

3、tware摘要本白皮书着重介绍了使用仿真和测试解决方案来推进 机器人工程的整体方法。我们探讨了推动制造企业采 用机器人的一些关键行业趋势，以及扩展部署范围所 面临的主要障碍。利用多个真实的应用案例，如分拣 机器人和自动导引车(AGV)，我们演示了如何使用仿 真和测试工具，帮助我们在早期了解如何有效地处理 机器人工程的复杂性。推动制造业转型的趋势随着工厂数字化进程的加快，制造业公司的未来无法 准确预测。但对这些行业来说，有一件事是肯定的：随着每年出现 50 万个制造业工作岗位空缺，每周 7 万名婴儿潮世代的劳动力退休，而千禧一代又对加入 制造行业毫无兴趣，机器人的数量和自动化程度将成 倍增加。灵

4、活生产、智能化、可持续性和成本效益 这四个 关键趋势对社会经济产生了巨大影响，并正在塑造未 来的制造业格局。灵活生产卓越的机器性能一直是成功的基础，但这已经不够 了。为应对不断变化的消费者需求，产品制造公司需 要适应性强且可轻松定制的机器。生产工厂能否有效 适应不断变化的产品或流程，这对未来的产品制造公 司至关重要。智能机器连接性、技术和工业物联网(IIoT)实现了对日常活 动的无缝可视性，产品制造公司对此渴望已久。数据 分析和人工智能将通过对当前业务的量化洞察来帮助 推动业务决策。这种实时数据解析、工厂变量和参数 的重建可以帮助更快地诊断问题和排除故障。可持续性鉴于全球竞相实现净零排放，企业

5、必须努力将污染和 资源需求降至最低，以满足当今和未来的法规以及客 户的需求。此外，随着产品和功能愈加复杂，用最少 的资源提供相同或更好性能的需求也在上升。敏捷和成本效益不断变化的创新、定制产品和贸易转型的格局正在对 中小型制造业公司的利润率造成极大的压力。领先的 制造企业正在投入基础的数字化制造能力，以期变得 更加灵活和具有成本效益。白皮书|控制机器人的复杂性和成本4Siemens Digital Industries Software实现工业 4.0 需要速度、灵活性和品质制造业的新趋势为制造商和供应商带来了新的挑战 产品复杂性增长、成本增加以及产品发布延迟。规模化生产始于 100 多年前，

6、并从繁重的手工作业 演变为复杂的自动化装配线。自动化在生产大量类似 产品的固定设置中发挥了最佳功能。但当产品频繁变 化时，如在个性化操作过程中，为确保无差错生产而 进行人为干预是不可避免的。同时，工厂自动化和数字化技术吸引了更多的投资，用以消除制造业的低效率并应对新的挑战。机器人技 术似乎是完成枯燥、肮脏、危险和困难(4D)作业的 唯一途径。图 1.产品制造商和供应商面临新的挑战。灵活和自主的生产系统是能够满足未来制造业需求的 圣杯。先进的机器人技术被认为是解决未来制造业需 求的关键要素。传统的机器人技术因固定的工作流设 置面临重重困难，而先进的机器人技术则能够实现非 凡的适应性，允许在最小的