在全球经济反弹和拜登政府的基础设施倡议的推动下，对“大铁”的需求正在蓬勃发展。这对拖拉机和其他类型的农业和建筑设备制造商来说是个好消息。坏消息是大流行后的劳动力短缺，这令人头疼并造成瓶颈中国机械网okmao.com。
为了解决这个问题，爱科、卡特彼勒、凯斯纽荷兰工业、迪尔、斗山、JCB、久保田、小松、利勃海尔、特雷克斯、沃尔沃等公司正在投资自动化和工业4.0技术，如增材制造、人工智能、增强现实、自动导引车 (AGV)、协作机器人、数字双胞胎和预测分析。目标是提高吞吐量、质量和安全性。
“随着 COVID-19 大流行继续影响该行业，物联网 (IoT) 技术将成为希望保持效率和生产力的制造商的首选，”设备制造商协会 (AEM) 最近的一份报告称。“[它] 将通过允许组织使用实时数据做出可衡量的、明智的决策来提高行业价值，从而提高效率并积极影响他们的底线。”
去年强于预期的增长让许多制造商对 2022 年感到乐观。事实上，超过 80% 的 AEM 成员预计明年对农业和建筑设备的需求将上升。具体而言，65% 的受访者预测农业机械需求将高于正常水平，而 44% 的受访者认为建筑设备需求将高于正常水平。
“美国就业计划将大大推动基础设施支出，”AEM 市场情报总监 Benjamin Duyck 说。“最大的影响将在 2022 年和 2023 年。”
尽管前景乐观，但超过 80% 的 AEM 成员在填补其工厂的职位时遇到了困难。超过四分之三 (82%) 的建筑设备制造商和 87% 的农业设备制造商都面临劳动力短缺。
自动化投资解决劳动力短缺问题
许多重型机械制造商正在投资自动化，以弥补工人的不足并最大限度地提高现有设施的生产能力。
“甚至在 COVID-19 出现之前，劳动力短缺就是制造商面临的最大挑战，”自主移动机器人的领先供应商 OTTO Motors 的首席执行官马修·伦德尔 (Matthew Rendall) 说。“大流行和由此产生的安全协议加剧了本已严峻的局势。
“自动化长期以来一直是帮助提高效率的愿望，但今天它是一项任务，”Rendall 声称。“‘有必要’的自动化战略已成为‘有必要’[优先事项]。如果没有自动化来填补劳动力流失的空白，这些企业就会陷入真正的困境。
“此外，几十年来，美国和加拿大的制造商已经看到企业向边境以南 [利用] 劳动力成本降低，”Rendall 指出。“自主移动机器人 (AMR) 能够翻转脚本，让制造商实现更低的运营成本和更高的竞争力。在本地化是最新趋势的后疫情时代，美国和加拿大的企业现在可以使用创新的 [技术] 来提高竞争力并缓解劳动力短缺。
“在自动化方面，农业和建筑制造商 [通常] 不如其他制造业成熟，”Rendall 指出。“例如，在汽车制造中，多品种小批量设施通常受益于 AMR，因为它们需要在关键任务任务中具有灵活性。
“装配流程（在机械行业中通常）包括更大或更有价值的组件，这些组件受益于 AMR 的快速和一致交付带来的 WIP 减少，”Rendall 解释说。
受益于自动化的设备制造商之一是久保田美国制造公司 (KMA)，该公司在佐治亚州经营着多家工厂。
“近年来，我们购买了许多不同品牌的 AGV，目前我们正在使用大约 160 台机器进行材料处理应用，包括准时交货，”KMA 运营副总裁 Brian Arnold 说。“但是，有些设备是由我们的制造工程部门内部制造的。
“我们开发了成本损失技术，使我们能够在多种应用中部署 AGV，”Arnold 解释说。“我们通常购买驱动套件，然后集成框架结构和安全控制等东西以满足我们的独特需求。
“我们在日本的一些姊妹工厂非常自动化，尤其是发动机装配设施，”Arnold 补充道。“但是，我们的美国拖拉机工厂严重依赖人工流程。我们生产的所有产品都是按订单生产的，因此我们产品线的数量和多样性并不适合全自动系统。”
工业 4.0 有助于减少人为错误
工业 4.0 技术的目标之一是让操作员在不影响安全的情况下提高生产力。它允许组装人员做他们最擅长的事情，同时实现更好的吞吐量和质量。
“总的来说，与其他制造业相比，农业和建筑设备行业倾向于 [制造产品] 的规模要大得多，”专注于增强现实技术的公司 LightGuide Inc. 的首席执行官 Paul Ryznar 说。“节拍时间也更长，增加了关键步骤可能被意外跳过或无序执行的风险，从而导致下游返工。
“机械制造商正在寻找利用工业 4.0 技术来应对整个制造过程中的挑战的方法，”Ryznar 解释道。“其中一些挑战包括质量、生产力、吞吐量、运营可见性和培训。
“随着工业 4.0 变得越来越流行，[制造工程师] 正在尽可能快速、高效和完整地寻找实用的 [解决车间挑战的方法]，”Ryznar 声称。“利用工业 4.0 技术的最佳方法之一是通过流程标准化来限制或消除人为错误。借助 [投影增强现实技术]，我们能够将过去的问题（例如“部落知识”）转化为可重复的交互式过程。
“装配线通常是快节奏的环境，容易出现人为错误，”Ryznar 说。“可以采取任何措施来限制或消除这种人为错误是提高质量和生产力的关键。通过将传统的基于纸质或显示器的工作指令转换为增强的交互式环境，[工程师] 我们可以显着提高吞吐量，并有效消除工作站的质量问题。”
“工业 4.0 的最大好处是您能够以前所未有的方式利用数据，”生产 READYAsset 和 READYTrak 等产品的运营软件公司 LLumin Inc. 的首席执行官 Ed Garibian 补充道。“利用它的组织——那些知道如何使用它并拥有正确的软件和适当的人员以从他们的数据中获得最大收益的组织——将赢得这场比赛。
“[机械制造商] 可以利用他们拥有的东西做更多事情，”Garibian 声称。“他们可以更好地沟通，更顺畅地合规，维护高效，并且可以根据这些数据自动触发行动。这使人们能够事半功倍。它在每一步都提供知识共享。
“后视镜数据会导致被动且昂贵的做法，”Garibian 解释道。“当利润微薄且竞争激烈时，使用实时数据会改变游戏规则。”
“借助工业 4.0，您可以从装配厂的不同来源收集大量信息，”Gocious 的首席技术官 Maziar Adl 补充道，Gocious 是一个基于云的软件系统，适用于拥有复杂产品线的制造商。“因此，您可以获得更多关于整个运营过程中发生的事情的知识和透明度，从而做出更好的决策并帮助采取正确的行动。另一个好处是数字化转型。
Adl 指出：“全球化、供应链中断和大流行带来的持续问题正在迫使自动化采用率增加，并改进制造商可用的数字工具。” “通过工业 4.0 实现更先进的自动化 [可以让工程师] 远程管理和维护他们的工厂，使他们更有弹性。”
CNH Industrial 看到协作机器人的重要作用
CNH Industrial 是领先的农业和建筑设备生产商，拥有 CaseIH、New Holland 和 Steyr 等知名品牌。该公司还处于应用自动化和工业 4.0 技术的最前沿。事实上，它正在实施一项全球智能工厂计划，该计划专注于部署最先进的 AGV 和协作机器人。
CNH Industrial 工业 4.0 负责人 Peter Ommeslag 表示：“我们希望将工人面临的风险降到最低，同时改善他们的身体健康。” “协作机器人和 AGV 降低了发生事故的可能性，同时也降低了日常工作的体力。
“效率是我们活动的主要焦点，”Ommeslag 解释道。“但是，我们还考虑了其他方面，通过将新技术、新文化和新技能引入我们的生产线，使工作更加轻松并改变我们的制造方式。
“我们发现协作机器人大大减少了我们员工之前所经历的困难，”Ommeslag 声称。“他们可以供残疾员工和使用轮椅的员工使用，这很棒。
Ommeslag 指出：“随着老龄化劳动力变得越来越普遍，协作机器人将让人们工作更长时间、更安全。” “它们是一种非常直观的技术，因此人们不需要额外的培训。随着技术的不断发展，协作机器人在未来学习新技能方面具有巨大潜力。”
“我们正在与我们在全球的姊妹工厂合作，以适应最新的工业 4.0 工具，”CNH Industrial 北美制造副总裁 Bill Baasch 补充道。“随着我们的发展、学习和成长，我们将继续应用新的自动化和技术。
“我们将‘智能工厂’视为技术能够自我优化、自我配置和自我诊断设备的设施，让我们知道何时可能出现问题，”Baasch 解释说。“当机器与我们对话时，我们可以在问题出现之前避免问题。
“我们在生产设备中安装了传感器和预测分析软件，”Baasch 说，他负责管理 11 家 CNH Industrial 工厂的运营，这些工厂生产各种农业设备。“这使我们能够监控加工中心的轴振动等情况。我们还寻找可能表明轴承或其他类型的关键部件磨损的温度升高，以及电力、燃气和气压的峰值。
“自动化和工业 4.0 技术帮助我们提高装配厂的生产力和员工安全，”Baasch 指出。例如，他说协作机器人用于重复性任务，例如零件进给。
“我们的大多数设施还在其整个生产过程中使用 AGV 来标准化物流路线并安全地交付零件，”Baasch 说。“这解放了今天很难获得的劳动力。
“劳动力市场对我们来说是一个巨大的挑战，”Baasch 解释道。“为了解决这个问题，我们研究了一些增强现实技术，我们可以让操作员在真正踏入工厂车间之前获得曝光和体验。它还有助于我们解决质量问题。”
特别是，CNH Industrial 利用虚拟现实技术培训焊工。除了在安全的环境中教授新员工和经验丰富的焊工之外，还可以降低成本，因为零件和材料不会报废或浪费。
“我们已经能够在各种设施中成功实施自动化和工业 4.0 技术，”Baasch 说。“一旦我们成功地试点和测试了一个应用程序，我们就会尝试将其推广到其他工厂。”
Baasch 和他的同事们将所学到的经验应用于北美的几家工厂。例如：
内布拉斯加州格兰德岛生产联合收割机和割晒机的工厂试行了增强现实焊接模拟来培训操作员。
宾夕法尼亚州纽荷兰生产打包机、割草机、耙子和吊具等工具的工厂试点了一个涉及装配线协作机器人的项目。
位于威斯康星州拉辛的拖拉机厂使用 AGV 将变速器从子装配线运输到总装线。
堪萨斯州威奇托制造建筑设备的工厂试行了一个带有传感器的项目，该传感器使加工中心和焊接机器人能够执行自我诊断任务。
CNH Industrial 还尝试了增材制造和数字双胞胎。
“我们已将数字孪生技术用于材料处理应用，以优化零件拣选，”Baasch 解释道。“在我们的威奇托工厂，我们使用了人体工学套装来测量和记录操作员的动作。这有助于人体工程学风险评估和分析。
“增材制造对我们也非常有利，未来工厂车间应用将继续增长，”Baasch 声称。“我们的大多数工厂都配备了生产固定装置、夹具和量规的 3D 打印机。我们还打印了贴花放置指南和零件模型。
“增材制造一直是我们设计改进的一个组成部分，对于提高产品质量至关重要，”Baasch 说。“能够在短短几个小时内将零件或工具放在您的手中，然后能够亲眼看到并触摸它，这非常有帮助。”
CNH Industrial 工程师还使用 3D 打印机创建工厂布局和装配线的微型模型。
迪尔投资 5G 和人工智能
人工智能和 5G 技术将推动 Deere & Co 未来的制造活动。这家机械巨头正在其工厂安装 5G，以改变输送机、紧固工具、机器人和其他生产设备的执行和交互方式。5G 计划将为众多工业 4.0 计划提供动力，提高生产过程的自动化和机器状况的实时监控。
该技术将使 Deere 能够一次连接多个设备，并比以往更快地传输更多数据。随着 5G 的采用，它将提高工程师部署人工智能 (AI)、数据分析、数字孪生和其他智能工厂工具的能力。它还将使数以百万计的设备（例如执行器、相机、电机和传感器）能够以无线方式相互连接。
迪尔首席技术官 Jahmy Hindman 表示：“约翰迪尔一直专注于如何通过使用技术让客户事半功倍，而我们对技术的关注远远超出了各个领域。” “它影响着我们业务的每一个方面，我们一直在寻找方法来提高我们自己的效率和成果。
“在我们的制造设施中实施 5G [将使我们] 通过将工厂转变为互联制造设施（物联网的关键部分），在我们的智能工业战略中取得重大进展，”Hindman 声称。“[我们的] 制造设施是非常复杂的环境，依赖于自动化和连接性。
“由于目前在工厂天花板上连接 Wi-Fi 分接点的嵌入式以太网电缆长达数英里，因此这些设施在设置和升级方面面临着有限的灵活性，”Hindman 解释说。“由专用网络支持的 5G 将使 [我们] 能够设计一个更灵活、更灵活和互联的设施，为进一步发展和提高效率创造机会，从而改变制造过程。
“私有 5G 技术还创造了利用边缘计算、分析和自主设备扩展工厂能力的机会，”Hindman 补充道。“[它] 支持更广泛的智能应用程序，如实时定位系统、资产跟踪、库存管理、可穿戴设备、楼宇自动化和机器人技术以节省运营成本。”
迪尔还看到了人工智能技术的巨大潜力。事实上，它最近与英特尔公司合作开展了一个改进机器人焊接应用的项目。该系统使用 Adlink Technology Inc. 的计算机视觉系统来自动发现自动焊接过程中的常见缺陷。
集成的、端到端的硬件和软件系统可以产生超出人类感知能力的洞察力。当使用基于神经网络的推理引擎时，系统会实时记录缺陷并自动停止焊接过程。
集成的、端到端的硬件和软件系统可以产生超出人类感知能力的洞察力。当使用基于神经网络的推理引擎时，系统会实时记录缺陷并自动停止焊接过程。
“迪尔正在使用计算机视觉，通过工业 PC (IPC) 处理视频流，以提供检查焊缝缺陷的实时分析，”英特尔工业部门总监 Ricky Watts 说。“由于与焊接温度和其他环境变量相关的恶劣环境，需要使用硬化相机。
“摄像头瞄准机器人焊工的水坑，具有帧速率和分辨率，使 IPC 能够通过使用先前焊接图像训练的算法来询问焊接质量，”Watts 解释道。
“将摄像头的视频流与运行该算法的 IPC 相结合，使机器人焊工能够在检测到缺陷后半秒内停止焊接，从而有助于消除返工并提高焊接质量，”Watts 指出。“这对于与 Deere 的许多机器相关的多道焊缝特别有价值。
“由于人工智能，制造商可用的所有数据都在以新的方式进行考虑，”Watts 声称。“现在可以使用人工智能实时检测产品缺陷和工人安全、提高产量、机器预测性维护和其他改进。无处不在的低成本计算能力可以分析海量数据，包括图像、视频、时间序列、文本和音频。
“在将组件集成到另一个更高价值的组件之前，对组件的实时检查有助于确保质量或完整性，”Watts 说。“这显着减少了与子组件相关的返工、检查时间和流程中断。”
“焊接是一个复杂的过程，”迪尔建筑和林业部门的质量总监 Andy Benko 补充道。“人工智能有潜力帮助我们比以前更有效地生产高质量的机器。将新技术引入制造业正在开辟新的机遇，并改变我们对一些多年来没有改变的流程的看法。”
Deere 使用气体保护金属电弧焊 (GMAW) 制造了数千个用于组装其绿色和黄色机器的低强度至高强度钢部件。
“[机械] 行业普遍存在的一个焊接挑战是孔隙率，其中焊缝金属中的空腔是由焊缝冷却时捕获的气泡引起的，”Benko 解释道。“空腔削弱了焊接强度。
“传统上，GMAW 缺陷检测是一个需要高技能技术人员的手动过程，”Benko 说。“过去在焊接过程中处理焊接孔隙问题的尝试并不总是成功的。如果在制造过程的后期发现这些缺陷，则需要返工甚至报废整个组件，这可能具有破坏性且成本高昂。”
根据 Benko 的说法，传统的手动检查方法需要依靠视觉和听觉指标的高技能操作员。在检测工厂环境中的缺陷时，这些检查员价格昂贵、难以找到并面临众多挑战。
使用基于神经网络的推理引擎，人工智能系统不仅可以实时检测缺陷，还可以在缺陷延长和零件损坏无法修复之前通过机器人驱动自动停止焊接过程。它还可以重新训练以检测焊接过程中的其他类型的缺陷。
沃尔沃实现“明日工厂 4”
沃尔沃建筑设备公司最近实施了一项名为“明日工厂 4 (F4T)”的工业 4.0 计划。全球努力的目标是探索新技术，使制造业更具可持续性。
沃尔沃建筑设备公司制造技术开发和治理负责人 Lina Stålberg 表示：“[我们] 拥抱变化，并通过 F4T 将创新的力量直接交到 [我们的] 员工手中。” “Factory 4 Tomorrow 不仅仅是引进新技术；它背后有一个更高的目标。这是关于建立一个我们想要生活的世界和我们想要工作的工作场所。”
在全球 14 个生产基地中，已经建立了智能工厂团队，负责寻找创新和影响业务的方法。这些团队正在积极寻找方法，借助人工智能等工业 4.0 技术来解决日常业务问题和挑战。
“他们将试验和测试新的想法和工作方式，”Stålberg 解释道。“这将是对每一个生产细节的彻底改革，所探索的创新很可能在未来几年成为工厂车间的现实。工厂的自动化将减少员工从事重复性工作的需要，创造一个更安全、更符合人体工程学的工作环境。”
“除了创造一个有吸引力的工作场所外，Factory 4 Tomorrow 还将改变 [我们的] 制造流程，为客户带来显着的利益，其中许多客户需要更多的定制和更个性化的产品，”先进制造工程和研究负责人 Brunno Muller 补充道在沃尔沃建筑设备公司。
“由于全球化和新技术，灵活性和变化速度变得越来越重要，”穆勒说。“数字化转型将加速 [我们] 迈向卓越运营的精益之旅。优化制造也将带来可持续性效益，有助于减少 [我们的] 工业足迹。
“工业 4.0 是关于行业的数字化，以更好地利用数据为我们的业务增加价值，”穆勒说。“先进制造技术是我们 F4T 之旅的一部分，我们不断研究不同的应用。”
据穆勒介绍，沃尔沃建筑设备公司正在其装配厂推行以下举措：
通过视觉检查。“通过使用相机和机器学习，我们可以以自主和高效的方式检测质量特征并提高物流触发点（零件可用性），”Muller 说。“我们还可以在没有人工干预的情况下处理质量检查。”
无夹具焊接。“焊接机器人和材料搬运机器人协作优化焊接工艺，减少材料等待时间并提高我们的工艺效率，”Muller 解释道。
高级分析和预测性维护。“我们正在使用传感器来捕获各种设备数据，例如温度、振动和电压，”Muller 指出。“通过高级分析，我们创建模型来预测和预测故障。我们正在从基于时间的维护转向基于状态的维护。”
用于生产计划的机器人过程自动化 (RPA)。“我们的 RPA 支持员工在生产计划和验证中执行的重复性任务，以减少非增值活动，”Muller 说。“员工 [现在] 可以更专注于增值任务。”
用于新产品开发和工艺验证的虚拟制造。“我们利用虚拟实验室在开发的早期阶段验证产品，从而减少交货时间和成本，”Muller 声称。“虚拟实验室还用于改进过程验证，例如喷涂机器人编程和模拟。”
添加剂制造。“我们使用 3D 打印来创建新的固定装置，以支持持续改进，并在产品更改期间制作零件原型，”Muller 说。