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新技术使焊接工人无需亲临现场即可工作

美国工业有着丰富的拥抱创新的历史。远程工作的出现正在推动制造业走向未来，帮助其定义industry 5.0。不断发展的Tele Manufacturing™技术正在改变成熟的劳动力队伍，并为下一次工业革命重新定义它。向远程劳动力的转变是一个决定性的趋势，早在应对新冠肺炎大流行之前就已经开始了。例如，在医学领域，20多年来，远程操作机器人手术一直是一种可行的方法。在远程操作中，人类的认知技能可以与机器人的身体能力相结合。这项技术曾经用于一种类型的手术，现在已经有了70多个临床用途，55000多名外科医生已经从亲自进行手术转变为线上为其他国家的患者进行手术。

制造业同样也在适应这种新技术和不断变化的劳动力。传统的工厂轮班工作制度，可能会被一种互联系统所取代，这种系统由技术人员在舒适的家中工作，就能实现管理。随着劳动力以创新的方式与机械集成，自动化必须从系统无缝过渡到工具。

远程制造

远程制造是一种使技术工人能够远程执行工作的新方式。使用触觉控制设备和实时直播视频，使工人沉浸在另一个地点的制造过程中。制造现场的协作机器人（cobot）或其他形式的自动化实时响应操作员的触笔移动。即使过程是远程的，操作员也能100%控制。远程呈现平台的功能使得能够在远程环境中实现不同级别的呈现。为了实现远程制造，每个制造过程都会进行不同的转换，以尊重其在远程环境中的独特性。俄亥俄州哥伦布市EWI在过去几年中一直在Tele Manufacturing公司工作，开发Tele Welding™、Tele Inspection™、Tele-Guging™和其他远程控制制造工艺的技术。

通过使用视觉和触觉反馈工具，使用技术将焊工沉浸在远程环境中，可以解决工人和工作场所的挑战。有经验的焊工可以在工作岗位上呆更长的时间。残疾工人也可以更快地重返职场，因为某些残疾不会削弱他们的远程焊接能力。专业技能可以与不同物理位置的任务相匹配，从而能够更有效地利用现有的劳动力。当拥有高科技、更清洁、更舒适的环境时，年轻工人可能会将制造业视为职业首选。

尽管远程焊接系统开发的主要目标包括焊工的安全和舒适，但一个更全面的目标变得清晰起来：开发技术，让任何地方的任何人都能在不在实际工作现场的情况下参与制造业。Tele Welding是EWI首次进军Tele Manufacturing。Tele Welding通过传统自动化的非常规使用，将传统的手动或半自动焊接操作转变为高科技工艺。操作员使用本地触觉触笔来控制远程协作机器人，该协作机器人进行所有焊接动作。操作员可以在任何方向以任何速度自由移动协作机器人及其连接的焊枪。这种自由移动使经验丰富的手动焊工能够将速度、运动和编织图案方面的专业知识从触笔设备直接转移到焊枪上。工人通过焊接传感器、电弧视图摄像机和整个过程的实时直播视频接收来自焊接操作和周围环境的反馈，正如图1中所示。商用电弧监控摄像机允许操作员在电弧点燃和焊接开始时查看电极的位置和过程。通过握持触笔设备感受到的触觉响应被动态编程，以给用户在直接焊接环境中触摸或撞击材料表面和其他物体的传统感觉。当这些技术协同工作时，操作员可以查看和收听直播，并根据这些实时信息移动手写笔设备。

EWI已经在几种情况下演示了远程焊接的测试版。入门级焊工和专业焊工已使用远程焊接系统，并完成了多道焊缝。

远程刨削

碳弧气刨工艺的远程制造应用程序是专门为了将操作员从环境中移除而开发的。电弧刨用于去除现有焊缝，或快速去除大量表面材料，为另一个工艺的进行做表面处理准备。对于手动操作员来说，电弧刨削比传统的电弧焊接更具有挑战性，因为用于吹扫熔融金属的高压气流会产生噪音，并产生大量的熔融碎片。操作该设备所需要的个人防护装备非常繁多，这也增加了钢铁铸造厂等设施难以找到熟练的电弧刨削操作员或愿意学习这项技能的人的原因。电弧刨削通常不如切割方法精确，但具有高得多的材料去除率，这需要操作员的干预。

通过使用视觉和触觉反馈工具，使用技术将焊工沉浸在远程环境中，可以解决工人和工作场所的挑战。为了将手动刨削转换为远程刨削，EWI修改了用于控制协作机器人臂的远程焊接系统，并创建了自定义夹具来操作电弧刨削电极。遥控操作器可以根据其技能水平和偏好在所有方向、速度和位置上控制电极。在实践中，该公司发现，快速设置电极进给速率并允许协作机器人自动控制该运动的能力使刨削过程对用户更加友好。虽然操作员可以随时选择收回对电极进给速率的控制，但他们仍然负责通过使用触觉输入设备和从电弧监控相机观看视频来引导和激活协作机器人的运动。具有最少弧刨经验的操作员在经过最少培训的情况下使用该设置移除了立管功能，如图2所示。图3是铸件的图像，显示了操作员在图2所示的PC屏幕上看到的相同特征。

远程检查

在材料连接或材料去除过程之后，可能需要进行某种程度的检查。在远程操作焊接过程后，传统的无损检测（NDE）——通常由认证技术人员手动执行——与远程自动化相结合，实现远程检测。远程检查允许熟练的无损检测技术人员远程检查焊缝、表面或腐蚀区域，允许在难以到达的位置或对人类健康有害的环境中进行检查。EWI开发了使用相控阵超声检测（PAUT）的远程检测，并对航空航天部件进行了演示，随后使用涡电流进行远程检测，以评估美国海军试验船上的缓蚀技术。每种无损检测方法都需要进行特定的调整才能实现远程控制。需要不同的环境传感器和不同的运动转换方案来将无损检测技术人员浸入远程检测的环境中。在所有已转换为远程操作的无损检测方法中，操作员和检查过程以独特的方式与自动化集成，以完成检查。图4显示了PAUT技术人员执行远程检查。图5是图4中远程检查的实拍图。

总结

开发允许远程控制过程的方法的首要目的是推进技术和设备，使工人能够在制造业中保持或充分发挥生产能力。以前对带电电弧过程的远程控制和使用无损检测技术的远程检测的发展表明，可以通过远程控制执行的操作多种多样。远程操作已经发展成为一个结合不同技术的领域，并允许用户对沉浸在远程环境中，并具有真实的感知。展望未来，远程制造将远程办公的概念引入到贸易和其他人工密集型工作中。当具有专业技能的工人能够胜任不同地点的工作时，制造效率就会提高。远程制造将成为工业5.0的一部分，因为传统的工作场所范围正在被重新定义，自动化硬件将成为熟练的远程工人手中的工具。