盡管離線編程（OLP）已經走過了漫長的道路，但對它的誤解仍然存在。在焊接行業中，許多機器人編程仍然需要在教學掛件上手動逐點完成，無比繁瑣。許多人還記得機器人技術的發展歷史，這些機器人承諾的太多，但實際上卻無法實現。夢想家和實干家一直在努力超越期望。

仿真和離線編程軟件也在逐步發展并變得更智能、更快速、更靈活、更可靠。這是一個崇尚易用性的新時代，離線編程軟件供應商正逐步揭開機器人技術的神秘面紗。

大多數仿真和離線編程解決方案提供商會告訴你，這不是一個非此即彼的選擇，仿真和離線編程可以齊頭并進。不過這并不代表二者可以互換使用，你可以在沒有離線編程的情況下進行仿真，但是如果沒有仿真，則無法使用離線編程。

圖1：離線編程軟件利用機器人運動學、外軸和工件定位器的校準數據來精確仿真機器人焊接過程。圖片來源：Cenit公司

機器人仿真是機器人單元或生產線的三維表示。它直觀地演示了機器人如何沿著設定的路徑或軌跡從一個XYZ坐標移動到另一個XYZ坐標。它可以包括多個安裝在外軸上的機器人，可以與多軸工件定位器配合使用，也可以在裝配線上進行協調。然而，所有這些運動和計劃都會變得更復雜。

“許多購買機器人的客戶認為，它的行為就像計算機數控（CNC）。事實并非如此。”RoboDK公司首席執行官AlbertNubiola說道。“CNC編程很容易。工作空間已正確定義。它就像一個立方體。”然而，機器人有一個球形工作空間，并且由于關節的限制和機器人奇點（機器人運動在數學上無法預測的點），有些類型的運動是你無法做到的。離線編程有助于避免在為機器人編程時出錯。

在機器人加工中，可能有成百上千個點，Nubiola繼續說道，“沒有人能使用教學掛件逐點編程。你肯定需要軟件才能進行離線編程。”

仿真可用于概念驗證，例如機器人集成商的銷售工具，以演示機器人系統如何運行。通過仿真，用戶可以檢測機器人、工具、固定裝置和任何安全柵欄之間可能發生的沖突。

仿真可以分析關節限制、奇點和范圍問題。此外，它可以揭示一系列令人矚目的問題，從長遠來看可以節省時間和金錢。離線編程使用仿真來輸出特定的機器人代碼，該代碼可以加載到實際機器人的控制器上并運行該程序。后置處理器將編程代碼轉換為機器人可以理解的語言。機器人制造商擁有自己的專有編程語言，這意味著第三方軟件必須是多語言的。

離線編程的好處

離線編程的主要推動力是減少機器人的停機時間，也就是用教學掛件逐點手動編程機器人所需的時間，還有與機器停機時間和程序員勞動力相關的成本。

“如果最終用戶在教學掛件（在線）上手動編程機器人，它們必須停止生產以對零件進行編程。”Octopuz公司的銷售總監RobHouse說道，“使用離線編程的好處是可以在生產時編程，可以在軟件中離線為你的第二個、三個或第五個零件進行編程，然后一旦準備開始新的工序，就可以切換程序，然后再重新開始你的生產。”

離線編程最適合需要大量點的復雜路徑規劃應用，如焊接、修邊、激光切割、去毛刺、熱噴涂、噴涂、激光熔覆和增材制造。離線編程對于簡單的取放應用、裝配、包裝和碼垛并不是特別有用。雖然這些應用程序仍然可以使用離線軟件進行編程，但用戶可能無法實現投資回報。如果過程只有四到五個點，那么手動編程會更具經濟性。

“對于每個新部件來講，如果在離線編程軟件上花費的時間和教學掛件一樣多，那么就不會有任何好處，”Hypertherm機器人軟件公司高級主管GarenCakmak說，“對于高混合、低容量環境中的機器人，軟件需要簡單易用。”

提高易用性是這些軟件開發人員的首要任務。但如果仿真和離線編程不能準確反映現實，那么仿真和離線編程將毫無意義。

圖2：在鐵路維護中，需要成百上千次重復動作的過程，如果使用協同機器人離線編程，則可以節省數月的手動編程時間。圖片來源：Hypertherm機器人軟件公司

校準并且不要偏離

離線編程要起作用，虛擬世界必須與現實世界相匹配。這意味著仿真必須準確地表示物理機器人單元。

“在離線編程軟件中的虛擬環境必須完全復制車間的實際工作單元，但在大多數情況下并非如此。”Cenit公司的數字工廠解決方案副總裁HelmutZiewers說道，“計算機輔助設計（CAD）模型與和該模型對應的物理部件之間的偏差可能很小或很大，尤其是使用的工具不是特別完美的時候更是如此。我們仍然看到了主要問題，由于這些偏差，人們認為這些工作無法離線完成。”但是，這些偏差并非不可克服，因此校準至關重要。

圖3：在弧焊工作單元中，如果使用離線編程，可以將編程時間縮短一半，減少機器人的停機時間，從而幫助滿足生產需求。圖片來源：Octopuz公司

“即使只有幾毫米或幾厘米的偏差，就可以創建任意數量的離線程序，”Ziewers說，“它們永遠不會完全一樣。我們必須確切地知道車間里的機器人是如何設置的，并且一定不能有任何偏差，否則離線編程將無法工作。刀具路徑、軌跡將始終關閉。”

生產動力叉車的Crown設備公司就遇到了這類問題。其位于德國Roding的工廠擁有多個復雜的機器人焊接系統，帶有外軸和多軸工件定位器。面對由耗時的手動機器人編程引起的生產瓶頸，Crown公司決定探索離線編程是否可行。他們的旅程并非一帆風順。Crown團隊的一些人對此持懷疑態度，而其他人則渴望嘗試離線編程。

圖4：NASA正在開發新型的檢測系統，離線編程軟件為其仿真機器人路徑規劃。該系統使用配備了紅外攝像機的協作機器人，來測試復合飛機結構中的缺陷。圖片來源：RoboDK公司

Cenit公司是參與基準研究的兩家供應商之一。Ziewers表示他們采用了Crown自動化集成商提供的CAD圖紙，并在他們的軟件中創建了虛擬機器人工作單元。基于這些圖紙，他們創建了機器人程序并在物理工作單元上運行。

Cenit工程師親自去現場，對Crown工廠的工作單元進行物理校準。“我們發現尺寸有差異，”Ziewers說，“我們在軟件中利用這些差異，然后根據虛擬世界中的新設置調整離線程序。”這與車間的物理設置完全匹配，機器人程序運行良好。

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