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无人工厂还不是时候 人机共工正主导制造未来
发布人:管理员   发布时间:2018/10/31 16:36:35

尽管无人工厂被视为智能制造的极致,但摇旗吶喊了几年,真正实现完全无人化的工厂仍不常见,目前市场多数型态较偏向于以降低人工比例、“接近”无人工厂规模的方式运行。全自动化生产的愿景并没有如想象中顺利进行着,甚至因应未来制造趋势,市场对于无人工厂的需求也有可能大幅降低,取而代之的则是能让生产线更符合弹性需求的人机共工模式。

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无人工厂究竟可不可行?在近期特斯拉面临的麻烦中可以想见其实打造一座全自动化的无人工厂所需的关键技术远比想象中复杂许多。无人工厂的最终目的是要将人类从生产在线移开,让机器取代人类以降低人工成本并提高生产效率与生产质量,但实现这些愿景的前提是,制造业者必须保证机器能做得比人类更好。

显然目前机器人的智慧并无法达到与人类相同的水平。首先在功能性方面缺乏完整的感知能力,虽然近年已有众多厂商将机器手臂整合视觉与力觉感测,让机器人达到更精准的"眼手协调”,但业界观察,其最关键的技术应在于触觉感测。

由工研院独立出来的原见精机,自2010年起便专注于投入触觉感测的研发。原见精机总经理卢元立表示,触觉感测可让机器手臂经由“触感”更聪明地辨识出物体的材质,借助手臂便可自行调整抓取力道以避免物料的损坏,对于物料有“直接接触”的辨识能力。

另一方面,机器人缺乏人类适应环境的能力。人类之所以能超越其他物种在不同时代的演化中得以生存,是因为人类能够在许多无法预知的变化中保有弹性的应变能力,并且透过观察与经验法则推测下一步可能会发生什么事等。

目前在生产在线的机器人多数都灵活,也尚未有足够的人工智能技术得以支撑。西门子(Siemens)软件大中华区技术总监陈松盈则表示,“弹性”是目前机器人最缺乏的关键要素。

当制程发生非预期性变化或工厂开始生产新产品时,制造业者必需重新设计产线、配置机台设备,或是重新调教机器人,并寻找不同的解决方案。虽然无人化生产线可以有效缩减人力成本,提高工作时长。

相反地,越复杂的产线越有可能产生无法预料的错误情况,在机器人尚未有足够弹性的应变能力之前,对业者来说,反而会因此不断增加投入成本。

欧姆龙(Omron)智能系统研发中心总经理Masaru Takeuchi表示,其实导入机器人远比想象中需要更多人力、时间和金钱,工程成本可能达到硬件成本的3~8倍,甚至有时候达到20倍,此外机器人也需要维护和保养,相总之下,其所耗费的成本高、又缺乏弹性,效益往往会随产品周期的缩减而降低。

这恰恰与未来主流的制造趋势有所抵触。陈松盈认为,若制造业者的需求是混线生产,或是诉求少量多样、弹性变化的制造型态,基本上业者不会选择透过无人工厂以100%自动化的方式生产,“因为会更麻烦、更费工,制造成本一定会更高。”

因此业者评估,全自动化的生产型态可能较适合应用在高度标准化且产线更动频率低的制造型态中。丹麦协作型机器人制造商Universal Robots(UR)则认为,无人工厂通常只运用在非常大量、高成本的营运模式下,例如汽车制造这类大规模的组装线。

过去汽车制造虽是自动化生产的最佳代表,不过其制造型态也正慢慢发生改变。例如奔驰(Mercedes-Benz)为迎合市场需求制造更多个性化的汽车,现也正缩减最终组装的自动化程度以提高生产弹性,而其所关注的重点并非在于增加生产机器的比例,而是在于如何提高机器与人类之间的弹性和工作效率。

因此虽说汽车制造已迈入高度自动化的阶段,但大型汽车制造商都不约而同选择将可与人类在同个空间中一同作业的协作型机器人纳入生产线中,一方面维持人类在制造现场的弹性运作,保有人类先天被赋予的工作价值之外,另一方面则是在增加机器人的比例下,让机器取代人类处理危险、肮脏、沉重的任务,让人机共工在“各有所长”的情况下发挥最大效益。

在这种人机协同工作模式下,有两个关键点是我们需要关注的,既人机交互和机器管理。

大家对人机交互并不陌生,之前大多基于X86的工控机运行Windows系统实现,其缺点是需要风扇,没有办法做到防尘设计、成本高。随着ARM在工业级领域的先天优势,低功耗、无风扇、低成本,越来越多的人机交互屏采用ARM CPU来实现,操作系统采用Linux更可靠,界面采用QTHTML5实现。其灵活的可裁剪、可定制性也为不同需求的工业现场提供更适宜的方案,例如采用飞凌嵌入式FETMX6Q-C核心板可根据项目需求灵活定制人机交互产品,屏幕尺寸、触摸方式、RS485RS422CANDIDO等工业接口都可根据现场需求灵活设计。

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机器管理又是什么呢?往往我们除了对机器的使用外,还需要获取机器的运行数据,做到对机器的状态了如指掌,可以提前预知哪台机器要“罢工”了,以便提前对其进行“思想教育”。机器产能的统计也是必不可少的环节了,“吃的最多,干的最少”的机器可是老板不想要的,要及时的查看是不是没有做到“人尽其才”。当然这只是机器管理的一部分工作,根据不同的现场需求会有不同的处理机制。那么,如何及时采集这些机器的信息呢?

简单一图说明,不管是中国机器甲乙丙丁,还是外国机器ABCD,都可以通过总线的形式和网关进行数据交互,由“中层”对其所管辖的机器进行协调可以及时的优化执行方案,提升工作效率。当然,中层也负责上传下达,将现场数据采集后经过整理发送给BOSS,他会对数据进行汇总、分析、处理,给出决策。

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那么问题又来了,网关就不能是千篇一律的了吧?对!我们需要一个有思想的中层网关,也可以叫边缘计算网关吧,总之,可以对这个网关进行二次开发,同时要求他具备一定的处理能力。推荐飞凌嵌入式的FCU1101嵌入式控制单元,其具备4路RS485,满足多台设备的同时接入,同时可扩展LoRa或Zigbee无线组网功能,可满足不同现场通信需求,支持Ethernet,4G等多种联网方式。

 


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