英飞凌引领工业4.0:与机器人技术初创公司携手合作

随着全球化和数字化的发展,“工业4.0”一词被赋予了更多的意义。现在,这个热门词汇变成了现实。在这个过程中,机器人技术是关键。自动化流程、联网系统以及智能机器都使得生产过程变得更加高效快捷,从而确保了整条供应链的最佳灵活性。不仅如此,它还实现了全球工厂之间制造过程信息的实时共享。最终,一个全球化的智能虚拟未来工厂就此建成。

从工业机器人到协作机器人的演变

数据清晰地表明这一向上的趋势:2016年,全球机器人整体市场规模达到400亿美元,预计将在2025年达到870亿美元。到2019年,全球工业用机器人的年均销量增速预计将达到12%。如今,这一发展趋势正在从最早的传统工业机器人朝着协作机器人演变。在机器人发展初期,大部分机器人主要应用于工业大批量生产。

但如今,传统工业机器人正逐渐被协作机器人取代或是朝协作机器人的方向升级。预计到2020年,协作机器人的增幅将超过23%,从而成为增长速度最快的机器人种类之一。

人身安全

以前,传统的工业机器人价格昂贵,过程整合时间也很长:只有少数指定的专家才能进行编程。而且也几乎无法修改其功能和任务范围。不仅如此,由于缺乏“灵敏性”,机器人的应用范围受到围栏或其他障碍物等安全措施的限制。因为只有在严格隔离人和机器的情况下,才能避免工厂员工受到碰撞伤害。

人机交互

协作机器人可以像人的手臂一样自由移动,它的触感和人也相似,因此可以实现安全的人机交互。内置的碰撞识别和预防功能简化了原本复杂的编程。简单直观的编程界面只需几分钟就能完成过程整合。而传感器的使用则为交互式学习提供了高度的灵活性。因此,协作机器人可以独立地处理特定任务。

数字化带来的可能性

借助数字化,编写出的工作流程可通过网络与其他协作机器人共享。大多数协作机器人都是柔软且没有棱角的,这旨在最大限度地降低人机互动、直接接触而可能引起的受伤风险。

协作机器人:英飞凌既是使用者又是开发者

英飞凌在机器人技术领域占据着卓越的地位:一方面,英飞凌利用机器人进行生产;另一方面,借助自身广泛的产品组合,英飞凌为该技术供应器件。这使得英飞凌在该领域独具视角——既是客户又是用户。也正因如此,英飞凌不仅对新产品有着深入的系统理解,还能提供完善的集成解决方案。

作为半导体的生产商和供应商,英飞凌能够为客户提供工业4.0的关键要素。它应用于多个方面:

  • 传感器捕捉数据、单片机处理数据,最后由功率半导体器件将数据投入实际应用。
  • 基于芯片的安全解决方案保护关键数据,如机器人校准信息。
  • 特殊的3D摄像机雷达系统通过智能目标定位、环境扫描、手势和语音识别简化了人机互动。

英飞凌德国德累斯顿工厂的数字化进程

作为一名新技术的使用商,英飞凌在过去几年掌握了一些重要的知识储备:成立20余年的德累斯顿工厂的自动化水平达到了92%。工厂内有超过200台机器人协助员工工作。德累斯顿工厂是数字化水平最高的工厂,已经在多个方面顺利实现了工业4.0。在这里,人员和机器全速运转全年不休。

自动化使工厂的生产力提高了近70%。尽管自动化水平如此之高,但我们的员工数量多年来依然保持在2000人不变。。自动化水平的提高使我们具备了不断优化过程设计和持续创新的能力。

但即使在未来,员工的个人经验和创造力也是无法取代的,因此他们将继续推进和优化创新领域、质量管理领域和系统故障解决领域等。

2011年起,英飞凌员工就已经为工业4.0带来的变化和挑战做好了准备,并接受了相关培训。技能要求低的工作被全新的高技能工作取代,如数据分析和产品开发;并将人员优势和机器优势相结合。简而言之,人类和机器人相互合作,而非对立。

与初创公司达成计划和合作协议:英飞凌与协作机器人

目前欧洲在工业4.0领域规模最大的研究计划——Productive4.0计划——于2017年年中启动。在英飞凌的协调下,来自欧洲19个国家的超过100多位合作伙伴正在致力于实现工业数字化和网络化。这些企业包括宝马、博世、飞利浦和沃尔沃,以及一些领先的研究机构,如弗劳恩霍夫协会和德累斯顿工业大学。

与初创公司达成合作协议所带来的优势

为了紧跟工业4.0和协作机器人的发展步伐,以及在塑造数字化未来方面继续发挥积极作用,英飞凌正逐步加强与初创企业的合作。这是因为初创企业具备一些成熟企业所欠缺的特质,又或者是成熟企业可能因为严格的流程而导致工作过于繁琐:

  • 强大的创造力
  • 有利于提高数字化水平的新创意
  • 快速务实的方法,协调流程短
  • 突破性思维

国际合作

英飞凌为德国和硅谷不同层次的初创企业提供支持:

一方面,英飞凌利用自己的丰富经验、国际市场知识、系统理解、客户网络以及专业特长,帮助企业拓展自己的创意和理念,让他们在保证质量的前提下在全球范围内顺利地推广产品。

另一方面,英飞凌为年轻的工程师和企业所有人提供传感器、单片机和功率半导体器件领域的新产品。在此基础上,他们便能在真正适销对路的产品上实践自己的想法和创新。

接下来是经验共享。这有助于具有才干的人们互相鼓舞、激励创新。作为回报,英飞凌将得到宝贵的产品开发反馈。不仅如此,英飞凌还为诸多机构和计划提供支持,如位于慕尼黑的数字化产品学校( Digital Product School ),它旨在培养数字化创新和创业领域的人才。

初创企业 Franka Emika

英飞凌与慕尼黑的初创企业 Franka Emika的合作就是这样的一个例子。 Franka Emika成立于2016年,在2017年交付了一台机器人。这家初创公司专门从事于开发、设计和营销灵敏、经济、高效的协作机器人。

(图片来源: Franka Emika)

创始人的愿景是在在开发过程中以人为本,将机器人打造成门槛较低的多功能工具。这家公司致力于开发灵敏快速的轻型机器人。借助直观式界面,只需几分钟即可完成轻型机器人的编程。

工作人员只需演示机器人需要执行的动作,机器人就会进行学习,并将自主习得的知识应用到其他任务和过程中。Franka Emika的协作机器人从传统的工业机器人中脱颖而出的原因可不只是这一点。如今,非传统工业领域拥有巨大的市场潜力。那些偏离传统机器人环境(如大批量生产)的企业也对协作机器人表示出了兴趣。

(图片来源:德国未来奖)

2017年度“德国未来奖”

2017年,德国总统弗兰克-瓦尔特·施泰因迈尔为这家位于慕尼黑的初创公司的研发人员授予了“德国未来奖”。奖金价值25万欧元。汉诺威莱布尼兹大学自动化控制研究所所长 Sami Haddadin教授、 Franka Emika总经理 Simon Haddadin博士和总工程师 Sven Parusel荣获该奖。

在颁奖典礼上, Sami Haddadin教授表示,

机器人和人工智能可以解决现代社会的很多问题,如人口结构变化和技术工人不足。”

Sami Haddadin教授
(图片来源: Franka Emika)

Franka Emika的“熊猫”是一只有效范围为80cm的七轴机械手,兼具高敏捷性和灵活性。其设计和用户界面支持直观式编程和灵活应用。它可以简化自动化流程的整合,并且比同类机器人的正常售价要低得多。在开发人员眼里,“熊猫”是一款能够帮助各行各业的人员执行多种不同任务的智能工具。

在生产方面,“熊猫”可以像在物流公司工作一样,轻松地应用于实验室。它可以完成组装任务、物品运输和设备测试。无需软件它就可以直接通过用户界面进行导航,并且使用常见的网络浏览器即可打开该界面。

项目名称“Garmi”取自这款机器人的应用地点:2018年,这款机器人将在德国加尔米施-帕滕基兴( Garmisch-Partenkirchen)的老年人辅助生活机构进行测试。这个1.40米高的机器人身上有两个“熊猫”机械手。测试初期,Garmi将处于遥控状态并受到持续监控。

这款机器人利用车轮移动。它旨在通过执行一系列任务,如操作微波炉、清空洗碗机和打开前门等,来帮助老年人管理日常生活。它还能在住宅设施中递交食物托盘,并在紧急情况下提供援助。

Simon Haddadin博士希望Garmi能够减轻看护的大部分不必要的负担,让他们有更多的时间进行实际护理和提供情感支持。将来,这款机器人助理还能帮助老年人,使他们可以在家中保持长时间独立地生活。

Franka Emika和英飞凌

Franka Emika的机器人采用了英飞凌的产品和解决方案。两家公司通过互相分享专业知识,推动协作机器人的未来发展。

初创企业Kewazo

2016年3月,在德国慕尼黑工业大学针对年轻商务人士而展开的为期两周的课程上,开发智能机器人脚手架组件运输系统的想法初具雏形。2017年,这个想法得到进一步拓展,一个商业理念就此诞生。这个想法建立在这样的背景下:传统的脚手架装配效率极低,耗时且危险,并且在组装过程中80%以上的时间都耗费在组件运输上了。

(图片来源: Kewazo)
(图片来源: Kewazo)

为了解决这个问题,这家初创企业开发了一个机器人系统,它通过在装配过程中进行水平和垂直运动,将脚手架组件运输到正确的位置。这款机器人十分易于安装和移动。即使是大型脚手架,只需两个人就可以竖起。

这使脚手架的装配成本至少降低了30%。由于机器人的水平运输实现了材料的持续输送,从而使装配速度加快了40%以上。不仅如此,由于危险的运输活动实现了自动化,因此事故率也有所降低。Kewazo接下来的发展目标是: 让Kewazo可以完全自主地竖起脚手架。

再过不久, Kewazo还将被应用到其他场景。比如,铺设屋顶瓦片或砖块。我们可以想象将来它还能进行涂装和建筑隔热施工,接手仓库的运输任务或帮助承包商在屋顶安装太阳能电池。

与 Kewazo合作

英飞凌为 Kewazo提供了一整套电子硬件基础设施,这包括用于电机控制的传感器和单片机以及一个基于硬件的旨在确保机器人安全操作的解决方案,还有保护 KEWAZO的关键IP。 现在,Kewazo的创始人不必再思考电子器件的选择和装配问题,他们可以完全专注于编程和项目优化。第一台搭载了英飞凌器件的原型机将在六周后进行测试。

(图片来源: Kewazo)

英飞凌和 Wandelbots

Wandelbots创建于德国德累斯顿。他们是德累斯顿工业大学“智能系统中心”研究项目的首家初创公司。德累斯顿工业大学软件技术系的6位研究生在技术展上演示的理念广获好评后,2016年,他们决定基于这个理念成立一家公司。2017年底,Wandelbots凭借自己的项目打入了声名远扬的创新大赛 “Tech Crunch Disrupt Battlefield”的决赛。

机器人编程项目

(图片来源: Wandelbots)

这个理念是基于一篇关于可穿戴设备的论文。这几位研究生从中提出了一个概念,即使用智能服装来控制机器人,这样一来,即使是没有编程经验的人员也可以对机器进行编程。该理念建立在这样的背景下:如今,数字化领域的IT专家短缺。在IT行业,60%的企业都希望通过聘请程序员来确保自己在数字时代的竞争力。

于是, Wandelbots 创始人开发出了传感器夹克衫解决方案:无需特殊工具或编程技巧,机器人就能跟踪和学习必要的动作。在该过程中,工作人员只需进行动作演示,机器人就会自主学习这些动作序列,并相应地进行微调和/或优化。

这大大降低了机器人的编程时间和成本,仅需几分钟就可以完成新任务。在训练期间,机器人传感器和外部传感器可以捕获环境属性,从而使机器人快速自动适应环境变化。

协作

(图片来源: Wandelbots)

由于Wandelbots在控制机器人系统方面拥有深厚的知识储集,因此英飞凌计划从评估其他基于3D飞行时间摄像机的可替代传感器技术的角度出发,与他们展开协作。这旨在创建更加高效且更具成本效益的传感器平台,从而在不断变化的环境中以最少数量的传感器组件控制移动机器人平台。

在英飞凌德累斯顿无尘室中进行最初测试的结果十分理想:通过捕获3D周围环境,识别和避开过去超出传统扫描仪扫描范围且无法被识别为障碍物的结构。目标:通过识别不同的障碍物,让机器人在生产环境下更加安全地活动,使用最少数量的传感器但这也不妨碍它在执行任务时持久和耐用。

英飞凌和声控:与XMOS合作

XMOS是面向消费电子市场的语音和音频解决方案和物联网设备的领先提供商,产品如智能助理。2017年,英飞凌和XMOS推出了一款能够辨别说话人和人工声源的解决方案。其中,用于识别人和手势的麦克风以及雷达和麦克风传感器均由英飞凌提供。

这些传感器可以识别说话人的位置及其与麦克风的距离。XMOS的语音处理技术可以捕捉讲话。

英飞凌和人工智能:Roboy项目

英飞凌为Roboy项目提供支持,目前正围绕机器人技术的人工智能展开研究。借助电机、关节、电线和电缆,机械骨骼可以模拟人体的肌肉功能。Roboy项目旨在开发一款人形机器人,让机器人本体的移动、认知和灵敏度尽可能地接近人类。

(图片来源/版权:创意共享许可证)

这个项目将有助于我们了解人体的运动序列。因此,该机器人开发平台将对学生、科学家、企业和艺术家独具吸引力。