自動(dòng)化與機(jī)器人熱潮不息 工廠該如何利用它們

???隨著自動(dòng)化、智能化與機(jī)器人應(yīng)用的加快，未來(lái)工廠的雛形也逐漸形成。近日，麥肯錫咨詢公司發(fā)布題為“自動(dòng)化、機(jī)器人與未來(lái)工廠”的文章，稱更便宜、功能更強(qiáng)大、更加靈活的技術(shù)正在加速全自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)施的發(fā)展，對(duì)于企業(yè)而言，主要的挑戰(zhàn)將會(huì)是決定如何最好地利用它們的能力。

????以下是文章主要內(nèi)容：

????在發(fā)那科(Fanuc)位于日本忍野村的一家工廠，工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)機(jī)器人，每班只有4名員工負(fù)責(zé)監(jiān)工。在飛利浦位于荷蘭的一家電動(dòng)剃須刀工廠，機(jī)器人數(shù)量達(dá)到生產(chǎn)工人的14倍多，后者僅有9人。相機(jī)生產(chǎn)商佳能于2013年開始在旗下的數(shù)家工廠淘汰人類勞動(dòng)力。

????這種“熄燈”生產(chǎn)概念，制造活動(dòng)和物料流程完全自動(dòng)化處理正成為現(xiàn)代制造日益普遍的一個(gè)特性。在某種程度上，新一波的自動(dòng)化浪潮將會(huì)由當(dāng)初將機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)帶到工作場(chǎng)所的那些因素驅(qū)動(dòng)：將人類工人從骯臟、枯燥乏味或者危險(xiǎn)的工作中解放出來(lái)；通過排除錯(cuò)誤和降低變化性提升產(chǎn)品質(zhì)量；通過用成本更低的機(jī)器替代成本越來(lái)越高的人工，來(lái)削減制造成本。然而，如今最先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)擁有額外的功能，這促使它們能夠用于原來(lái)不適合實(shí)施自動(dòng)化的環(huán)境，以及在制造中創(chuàng)造出全新的價(jià)值。

????機(jī)器人價(jià)格下降

????隨著機(jī)器人生產(chǎn)日益普及，機(jī)器人的成本呈現(xiàn)下降。在過去的30年里，按實(shí)值計(jì)算，機(jī)器人平均價(jià)格下降了一半，相對(duì)于勞動(dòng)力成本，它的下降幅度甚至更大。隨著來(lái)自新興經(jīng)濟(jì)體的需求鼓勵(lì)機(jī)器人的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到成本較低的地區(qū)，它們的價(jià)格可能將進(jìn)一步下降。

????人才更易獲取

????擁有設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)作和維護(hù)機(jī)器人生產(chǎn)系統(tǒng)所需技能的人才，也正變得更加普遍。機(jī)器人工程師曾經(jīng)相當(dāng)罕見，屬于雇用成本很高的專家。如今，機(jī)器人相關(guān)的學(xué)科在全球各地的學(xué)校被教授，它們要么是專門的課程，要么是制造技術(shù)或者制造工程設(shè)計(jì)方面的通識(shí)教育的一部分。軟件的可得性，比如模擬程序包和可測(cè)試機(jī)器人應(yīng)用的離線編程系統(tǒng)，已經(jīng)減少了工程時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。它也讓機(jī)器人程序編制任務(wù)變得更加簡(jiǎn)單，成本也變得了。

????易于整合

????計(jì)算性能、軟件開發(fā)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的進(jìn)步，提升了裝配、安裝和維護(hù)機(jī)器人的速度，同時(shí)降低了相關(guān)的成本。例如，傳感器和制動(dòng)器以往必須要通過終端機(jī)框、連接器和接線盒，利用專門的接線單獨(dú)連接至機(jī)器人控制器，而現(xiàn)在，它們則可以利用即插即用的技術(shù)，因此零部件利用相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)接線連接起來(lái)。這些零部件將會(huì)自動(dòng)鑒定控制系統(tǒng)，因此能夠大大減少設(shè)置時(shí)間。這些傳感器和制動(dòng)器還能夠進(jìn)行自我監(jiān)控，將其狀態(tài)報(bào)告給控制系統(tǒng)，進(jìn)而輔助過程控制，收集數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的改進(jìn)和故障排除目的。其它的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同樣讓連接機(jī)器人至更加廣泛的生產(chǎn)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單明了。

????新能力

????機(jī)器人也在變得更加智能。早期的機(jī)器人只會(huì)一味地遵循同一路徑，后來(lái)的迭代版本利用激光或者視覺系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)零部件和材料的方向，而最新一代的機(jī)器人則能夠整合來(lái)自不同傳感器的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整它們的移動(dòng)。例如，這可讓它們利用力反饋來(lái)在研磨、修邊或者拋光的應(yīng)用中模擬技工操作。它們還能夠利用更加強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)式分析。舉例來(lái)說，它們可以借助光譜分析來(lái)一邊焊接一邊檢查焊接的質(zhì)量，進(jìn)而大大減少制造后所需的檢查工作。

????機(jī)器人承擔(dān)新的角色

????如今，這些因素正在機(jī)器人現(xiàn)已擅長(zhǎng)的那些應(yīng)用范疇?zhēng)椭嵘鼈兊钠占岸?，即重?fù)性的大量生產(chǎn)活動(dòng)。隨著用機(jī)器人自動(dòng)化任務(wù)的成本和復(fù)雜度的降低，那些已經(jīng)在使用機(jī)器人的公司很可能將會(huì)更多地使用它們。然而，未來(lái)5年到10年，預(yù)計(jì)機(jī)器人在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面均可行的任務(wù)種類將會(huì)出現(xiàn)根本性的變化。以下是部分案例。

????1、低量生產(chǎn)

????編程快速輕松的設(shè)備的內(nèi)在彈性，將會(huì)大大減少機(jī)器人為符合成本效益所需重復(fù)的特定任務(wù)的次數(shù)。這將會(huì)降低產(chǎn)量門檻，讓機(jī)器人成為年產(chǎn)量以數(shù)十或數(shù)百而非數(shù)千或者數(shù)十萬(wàn)來(lái)計(jì)的細(xì)分任務(wù)經(jīng)濟(jì)可行的選擇。它也將讓機(jī)器人成為小批量生產(chǎn)和產(chǎn)品組合差異性很大的公司的可行選擇。例如，現(xiàn)在用于航空航天的柔性履帶產(chǎn)品能夠利用指引其運(yùn)作的視覺系統(tǒng)在機(jī)身上“爬行”。這種低量生產(chǎn)自動(dòng)化帶來(lái)的成本節(jié)約將會(huì)讓各種不同類型的企業(yè)組織受益：小企業(yè)將能夠首次用上機(jī)器人技術(shù)，大企業(yè)可提升其產(chǎn)品組合的多樣性。

????新興技術(shù)可能也將進(jìn)一步簡(jiǎn)化機(jī)器人編程過程。例如，通過一系列的移動(dòng)來(lái)指引教導(dǎo)機(jī)器人的做法已經(jīng)頗為常見，但快速發(fā)展的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)意味著，不久以后給它們發(fā)出語(yǔ)音指導(dǎo)也將成為可能。

????2、高度可變的任務(wù)

????人工智能和傳感器技術(shù)的進(jìn)展，將會(huì)讓機(jī)器人能夠應(yīng)對(duì)任務(wù)間更大的多變性。這種因應(yīng)所在環(huán)境的變化來(lái)調(diào)整行動(dòng)的能力，將會(huì)給一些領(lǐng)域帶來(lái)自動(dòng)化的機(jī)會(huì)，比如高可變性的農(nóng)產(chǎn)品的處理。在日本，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，借助立體影像系統(tǒng)來(lái)識(shí)別水果的位置和評(píng)估它的成熟度，機(jī)器人能夠?qū)⒉杉葺璧臅r(shí)間最多削減40%。

????這些能力也將會(huì)驅(qū)動(dòng)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的質(zhì)量提升。機(jī)器人將能夠在生產(chǎn)期間彌補(bǔ)潛在的質(zhì)量問題。相關(guān)案例包括：根據(jù)兩個(gè)部件之間的尺寸差異調(diào)整用于裝配它們的力度，或者選擇和結(jié)合尺寸不同的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)合適的成品尺寸。

????機(jī)器人生成的數(shù)據(jù)和更好地利用它們的先進(jìn)分析技術(shù)，也將會(huì)有助于理解決定產(chǎn)品質(zhì)量的根本因素。例如，如果裝配期間高于正常水平的扭矩要求，被發(fā)現(xiàn)與未成熟產(chǎn)品故障有關(guān)，那在生產(chǎn)期間就能夠調(diào)整制造程序來(lái)檢測(cè)和修復(fù)這類問題。

????3、復(fù)雜的任務(wù)

????如今的通用機(jī)器人在控制它們的移動(dòng)上能夠精確到0.1毫米，機(jī)器人當(dāng)前配置的重復(fù)精準(zhǔn)度則達(dá)到0.02毫米。未來(lái)的機(jī)器人可能將會(huì)提供更高的精準(zhǔn)度。這種能力讓它們能夠參與日益精細(xì)的任務(wù)，比如穿針或者裝配高度復(fù)雜的電子設(shè)備。機(jī)器人也在變得更有協(xié)同性，現(xiàn)有的控制器能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)十個(gè)軸線，讓多臺(tái)機(jī)器人共同進(jìn)行同一項(xiàng)任務(wù)。

????最后，先進(jìn)的傳感器技術(shù)和分析來(lái)自那些傳感器的數(shù)據(jù)所需的計(jì)算能力，將會(huì)讓機(jī)器人能夠承擔(dān)之前需要高技能技工來(lái)完成的任務(wù)，比如切割寶石。這些技術(shù)甚至可能允許展開目前完全無(wú)法展開的活動(dòng)：例如，在它們被用于彌補(bǔ)底層材料的偏差，或者在結(jié)構(gòu)表面“繪制”電子電路的時(shí)候，實(shí)時(shí)調(diào)整涂料的厚度或者成分。

????4、與人類共事

????企業(yè)還將擁有多得多的自由余地去決定用機(jī)器人自動(dòng)化哪些任務(wù)，決定哪些任務(wù)人工手動(dòng)進(jìn)行。先進(jìn)的安全系統(tǒng)意味著機(jī)器人能夠在人類同事旁邊承擔(dān)起新的崗位。如果傳感器顯示存在與操作員發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)減慢速度或者改變路徑來(lái)避免碰撞。這種技術(shù)可讓機(jī)器人用于原本手動(dòng)的裝配線上的個(gè)體任務(wù)。安全欄和聯(lián)動(dòng)裝置的移除意味著運(yùn)營(yíng)成本會(huì)降低，對(duì)于小公司來(lái)說是一大利好。能夠?qū)C(jī)器人和人工共事，在二者之間重新分配任務(wù)，也有助于提升生產(chǎn)力，因?yàn)樗勺屍髽I(yè)因應(yīng)需求的波動(dòng)重新平衡生產(chǎn)線。

????機(jī)器人能夠在人類身邊安全運(yùn)作，也將為環(huán)境嚴(yán)格受控的工廠車間以外的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。在線零售商和物流公司已經(jīng)在它們的倉(cāng)庫(kù)里采用各種形式的機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)。不過，試想一下，如果車載機(jī)器人能夠在物流配送車輛中預(yù)先分類整理好包裹，那會(huì)給包裹配送員帶來(lái)多大的效率提升。

????5、靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)

????自動(dòng)化系統(tǒng)正在變得越來(lái)越靈活，越來(lái)越智能，能夠自動(dòng)調(diào)整它們的行為來(lái)最大化產(chǎn)能，或者最小化每單位成本。用于飲料填充和包裝線的專家系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整整個(gè)生產(chǎn)線的速度，來(lái)適應(yīng)任何屬于特定生產(chǎn)批次的關(guān)鍵制約環(huán)節(jié)的活動(dòng)。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，專家系統(tǒng)能夠自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)線速度作出小幅的調(diào)整，進(jìn)而提升單獨(dú)加工線的綜合平衡，最大化整個(gè)制造系統(tǒng)的效率。

????目前在使用的機(jī)器人絕大多數(shù)仍能夠在高速的大量生產(chǎn)應(yīng)用中運(yùn)作，而最先進(jìn)的系統(tǒng)則能夠在工作狀態(tài)中進(jìn)行調(diào)整，在不同的生產(chǎn)類型中進(jìn)行無(wú)縫切換，無(wú)需停下來(lái)更改程序或者重新配置作業(yè)工具。許多現(xiàn)有的新興生產(chǎn)技術(shù)，從計(jì)算機(jī)數(shù)控切割到3D打印，無(wú)需變換工具就能調(diào)整零部件的結(jié)構(gòu)，因此可以生產(chǎn)不同批量大小的產(chǎn)品。例如，工業(yè)零部件制造商利用來(lái)自無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽的實(shí)時(shí)通信功能，來(lái)調(diào)整零部件的形狀，迎合不同型號(hào)的需求。

????用自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)(AGVs)替代固定的輸送系統(tǒng)，甚至可讓工廠在不同的工作站之間無(wú)縫重新配置產(chǎn)品和零部件的流動(dòng)，讓處理步驟完全不同的制造工序能夠以全自動(dòng)化的方式完成。這種靈活性帶來(lái)了一系列的益處：縮短投產(chǎn)準(zhǔn)備階段，讓供給和需求之間的聯(lián)系更加緊密，加速新產(chǎn)品的推出，簡(jiǎn)化高度定制化產(chǎn)品的制造。

????做出正確的自動(dòng)化決策

????隨著這么大的技術(shù)潛力變得觸手可及，企業(yè)要如何作出最佳自動(dòng)化戰(zhàn)略決策呢？企業(yè)很容易會(huì)因?yàn)樽詣?dòng)化本身而忘乎所以，但這幾乎總是會(huì)造成不如意的項(xiàng)目，如成本太高，實(shí)施時(shí)間過長(zhǎng)，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)企業(yè)的商業(yè)目標(biāo)。

????成功的自動(dòng)化戰(zhàn)略需要多個(gè)層面的良好決策。企業(yè)必須要選擇自動(dòng)化哪些活動(dòng)，使用什么級(jí)別的自動(dòng)化技術(shù)(從簡(jiǎn)單的可編程序邏輯控制器，到由傳感器和智能自適應(yīng)算法引導(dǎo)的高端機(jī)器人，采用哪些技術(shù)。在每一個(gè)這樣的層級(jí)上，企業(yè)都應(yīng)當(dāng)確保它們的計(jì)劃符合以下的標(biāo)準(zhǔn)。

????·自動(dòng)化戰(zhàn)略必須符合商業(yè)和運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略。如上所述，自動(dòng)化能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)主要目的：提升工人的安全性，降低成本，提高質(zhì)量，強(qiáng)化彈性。運(yùn)用的好的話，自動(dòng)化技術(shù)可在所有的這些方面都帶來(lái)提升，但具體會(huì)帶來(lái)怎樣的成效可能因不同的技術(shù)和策略而異。對(duì)于任何一家企業(yè)組織而言，對(duì)于自動(dòng)化戰(zhàn)略的權(quán)衡將取決于它的整體運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略和它的商業(yè)目標(biāo)。

????·實(shí)施自動(dòng)化項(xiàng)目必須要先從清晰地理解問題著手。同樣重要的一點(diǎn)是，這包括自動(dòng)化是合適的解決方案的理由。每一個(gè)項(xiàng)目都應(yīng)當(dāng)能夠鑒別自動(dòng)化能夠如何、能夠在哪些地方帶來(lái)改進(jìn)，展現(xiàn)這些改進(jìn)如何與企業(yè)的整體戰(zhàn)略聯(lián)系起來(lái)。

????自動(dòng)化必須要顯現(xiàn)出清晰的投資回報(bào)。企業(yè)，尤其是大企業(yè)，不應(yīng)在它們的自動(dòng)化投資上作出過分的規(guī)定，過分復(fù)雜化，以及超支。選擇適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化復(fù)雜等級(jí)來(lái)迎合現(xiàn)在和可預(yù)見未來(lái)的需求，需要深刻理解企業(yè)的工序和制造系統(tǒng)。

????平臺(tái)化與整合

????在最大化資本投資回報(bào)率和減少新產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到全規(guī)模生產(chǎn)所需的時(shí)間上，企業(yè)正面臨越來(lái)越大的壓力。打造僅適用于單條產(chǎn)品線的自動(dòng)化系統(tǒng)，與那兩個(gè)目標(biāo)背道而馳，它在設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)和調(diào)試上需要反復(fù)、漫長(zhǎng)且昂貴的周期。更好的做法是結(jié)合使用能夠輕易改動(dòng)和適配的生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)線和工廠。

????正當(dāng)平臺(tái)化和模塊化戰(zhàn)略簡(jiǎn)化了管理復(fù)雜產(chǎn)品組合的過程，降低了相關(guān)成本，對(duì)于在自動(dòng)化戰(zhàn)略中尋求最大化靈活性和規(guī)模效益的制造商來(lái)說，平臺(tái)策略也將日益重要。

????流程平臺(tái)，比如配備焊接槍、電源和電子控制裝置的機(jī)器人手臂，能夠標(biāo)準(zhǔn)化，能夠應(yīng)用于和重復(fù)用于多種應(yīng)用，簡(jiǎn)化編程、維護(hù)和產(chǎn)品支持的過程。

????自動(dòng)化系統(tǒng)還將需要高度整合至企業(yè)組織的其它系統(tǒng)。那種整合始于工廠車間的機(jī)器之間的通訊，得益于現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，該整合已經(jīng)變得更加簡(jiǎn)單。但它也應(yīng)當(dāng)延伸到企業(yè)的其它運(yùn)作方面。與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成工程和企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)的直接整合，將會(huì)加速新制造配置的設(shè)計(jì)和部署，讓靈活的系統(tǒng)能夠接近于實(shí)時(shí)響應(yīng)需求或者材料可用性的變化。過程變量和制造績(jī)效方面的數(shù)據(jù)將被記錄下來(lái)，用于質(zhì)量保證目的，以及用于幫助改進(jìn)設(shè)計(jì)，帶來(lái)更好的未來(lái)產(chǎn)品。

????整合工作也將延伸到工廠以外。企業(yè)將不僅僅需要與客戶和供應(yīng)商保持緊密的合作和無(wú)縫的信息交換;它們還將需要與工藝設(shè)備的制造商建立這種關(guān)系，因?yàn)楹笳邔②呄蛴谡莆蘸芏嗤晟谱詣?dòng)化系統(tǒng)運(yùn)作所需的專有知識(shí)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。得益于開放架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)議的可得性，這種整合所需的技術(shù)正變得日益易得，但企業(yè)還需要作出文化、管理流程和思維定式方面的變化，來(lái)平衡成本、效益和風(fēng)險(xiǎn)。

????更便宜、更智能、更能適應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，已經(jīng)在以各種不同的方式改變制造業(yè)。該技術(shù)將變得更容易實(shí)施，但商業(yè)決策可不會(huì)那么容易實(shí)施。為了掌握這些新系統(tǒng)帶來(lái)的種種機(jī)會(huì)的價(jià)值，企業(yè)將需要采取全面的系統(tǒng)化策略，需要調(diào)整它們的自動(dòng)化戰(zhàn)略來(lái)使得它們符合現(xiàn)在和未來(lái)的商業(yè)需求。