来自科技 2021-02-05 14:39 的文章

日本机器人巨头·发那科：如何用机器人组装机器

L姐有话说：

2015年3月，发那科（FANUC）营业利润率超过40％。当时发生了什么，让其利润提高的如此迅猛？

今天，我们就回到2015年的发那科，一探究竟。

事实上，发那科获得高盈利的原因之一，是其位于日本山梨县忍野村的总部工厂实现了全面自动化。

自20世纪80年代开始，发那科便着手铸造零部件等机械加工工序的自动化项目，并且一直专注于研究“多关节机器人的组装工序自动化”课题。2015年5月，制造部监管人、发那科副总裁山口贤治宣布：“我们的目标，是让90％左右的机器人组装工序实现自动化。”

用机器人组装机器人

发那科希望实现组装工序自动化率达90％的产品，指的是6轴垂直多关节机器人“FANUC Robot R-2000iC”系列（注1，图1）。2015年，发那科的机器人产量约为每月4000台左右，而“R-2000iC”是其中最畅销的，占据近一半的销量（注2）。

【注1】：“R-2000iC“系列的负载能力为125kg～210kg，水平方向摆动轴的摆动范围为2655mm～3100 mm，垂直方向的移动范围为3414mm～4733 mm，在发那科机器人中属于大型机器人，主要用于车身点焊。

【注2】：发那科机器人的生产能力为每月5000台。

图1：发那科的 6轴多关节机器人“R-2000iC”

图1：发那科的 6轴多关节机器人“R-2000iC”
发那科投放大量机器人进行零部件加工和组装，以提高自动化率。

传统意义上，机器人都要通过手工作业来组装。2011年12月，发那科在忍野村建立新工厂，开始探索机器人组装工序的自动化。2013年，发那科顺利开发出新机型“R-2000iC”，并对其进行组装自动化研究。

原本2011年底时，发那科的自动化率仅为20％，而到了2015年5月，发那科却“实现了80％的自动化”（山口贤治）。至此，发那科并未止步，它的下一个目标，是将自动化率再提高10％（实现90%的自动化）。

值得注意的是，在发那科的自动化进程中，最为活跃的是多关节机器人。它既是被生产的产品品种之一，也能用来组装其他的多关节机器人。

分布式仓库

发那科把具有输送功能的零部件仓库称之为“分布式仓库”。在分布式仓库周围，分布着多个机器人单元格（CELL），可以组装机器人子组件（UNIT）（图2，图3）——每个单元格都可以从分布式仓库中取出零件，将它们组装到子组件状态，然后再返还到分布式仓库；有些单元格甚至可以将其他单元格内组装好的子组件搬运过来继续组装。如此一来，在单元格（图3中所示的⑦和⑪）内，就可以完成机器人上部（上臂周围）组件和下部（基部周围）组件的组装工作。

图2：用于组装多关节机器人子组件的机器人单元格

图2：用于组装多关节机器人子组件的机器人单元格
移动、定位和紧固工作由布置在单元格中的若干机器人进行。图中显示的是正在组装的机器人上部的子组件。

图3：多关节机器人的组装过程

图3：多关节机器人的组装过程
发那科引入多关节机器人到单元格，用于子组件的组装工序，以实现自动化组装。发那科活用分布式仓库，将整个组装工序分为11个步骤，用机器人传递零件和子组件。2015年5月时，计划在2015年秋季完成最终组装单元的自动化。

在单元格中执行组装任务的多关节机器人（组装机器人）还可以执行多个任务。例如，要连接两个部件使之构成机械臂，可以让安装有压力传感器的组装机器人把持住其中一个部件，将其压靠在另一个部件上，同时进行定位以使花键啮合。之后，再让另一个组装机器人根据视觉传感器传导出的信息，用螺栓固定减速器（齿轮）。

综上所述，每个单元格都要分担各自的组装任务。这种生产形态有别于流水线作业，是单元格生产的集合体（注3）。

【注3】：以往，尽管多关节机器人的组装工序中也有一些子组装工序，但基本上都是沿着一条生产线一点点组装起来的。

那么，发那科为什么采取这种方式进行生产呢？

山口贤治表示：“虽然固定成本可能略有增加（需要增加额外的设备），但当突然需要增产、产品型号改变、需要定制化生产，或者需要提高生产率时，单元化生产能灵活应对这些难题。而这种灵活度，靠流水线作业是无法实现的（注4）。”

【注4】：在发那科，不仅是机器人，其他如数控（NC）设备等项目的组装工序也是基于机器人单元格和分布式仓库组装而成的。

已有案例证明，灵活的单元格生产方式的确会得到良好的效果。“R2000-iC”之前的型号是“R2000-iB”，组装时只能依靠手动将法兰盘用螺栓连接到传动轴上，因为尽管发那科的组装机器人具备紧固螺栓的功能，但其机械臂却无法进入间隙。

2014年1月，“R2000-iC”开始批量生产，发那科希望改进“R2000-iC”的设计，解决上述弊端。而此时量产已经开始，发那科没有改变整个组装过程，只添加了一个负责螺栓连接的机器人，便成功解决了这个难题。

由机器人完成最终组装

2015年5月，发那科已经完成了上部组件和下部组件的自动化进程，但将上下组件进行合体组装的最终组装工序和电缆布线工序仍需手动完成（注5）。而最后的这道工序，发那科也决定由机器人来完成。

【注5】：除了电缆布线工序，发那科的“操作测试”工序中的异常声音检测也必须依靠人工来完成。

发那科添加了一个“最终组装单元”，依靠大型机器人来完成上下组件的合体组装任务。具体来说，就是每个组件在其单元格内被组装完成之后，大型机器人会将其运送到最终组装单元，进行最终的合体组装。目前，最终组装单元的设计已经结束。

新设计一旦投入使用，除了电缆布线工序，发那科将实现机器人组装工序的全线自动化。山口贤治说：“电缆布线工序很难由机器人来完成，以目前的状态，人工布线更高效一些。”

尽管发那科从未提及此项改革具体能降低多少成本，但其表示这项举措一定会提升该项目的盈利能力。

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