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無人工廠還不是時候 人機共工正主導製造未來
發布人:管理員   發布時間:2018/10/31 16:36:35

盡管無人工廠被視為智能製造的極致,但搖旗群傲思改輳嬲迪滯耆奕嘶墓こ圓懷<殼笆諧《嗍吞掀蠐諞越檔腿斯け壤“接近”無人工廠規模的方式運行。全自動化生產的願景並沒有如想象中順利進行著,甚至因應未來製造趨勢,市場對於無人工廠的需求也有可能大幅降低,取而代之的則是能讓生產線更符合彈性需求的人機共工模式。

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無人工廠究竟可不可行?在近期特斯拉麵臨的麻煩中可以想見其實打造一座全自動化的無人工廠所需的關鍵技術遠比想象中複雜許多。無人工廠的最終目的是要將人類從生產在線移開,讓機器取代人類以降低人工成本並提高生產效率與生產質量,但實現這些願景的前提是,製造業者必須保證機器能做得比人類更好。

顯然目前機器人的智慧並無法達到與人類相同的水平。首先在功能性方麵缺乏完整的感知能力,雖然近年已有眾多廠商將機器手臂整合視覺與力覺感測,讓機器人達到更精準的"眼手協調”,但業界觀察,其最關鍵的技術應在於觸覺感測。

由工研院獨立出來的原見精機,自2010年起便專注於投入觸覺感測的研發。原見精機總經理盧元立表示,觸覺感測可讓機器手臂經由“觸感”更聰明地辨識出物體的材質,借助手臂便可自行調整抓取力道以避免物料的損壞,對於物料有“直接接觸”的辨識能力。

另一方麵,機器人缺乏人類適應環境的能力。人類之所以能超越其他物種在不同時代的演化中得以生存,是因為人類能夠在許多無法預知的變化中保有彈性的應變能力,並且透過觀察與經驗法則推測下一步可能會發生什麼事等。

目前在生產在線的機器人多數都靈活,也尚未有足夠的人工智能技術得以支撐。西門子(Siemens)軟件大中華區技術總監陳鬆盈則表示,“彈性”是目前機器人最缺乏的關鍵要素。

當製程發生非預期性變化或工廠開始生產新產品時,製造業者必需重新設計產線、配置機台設備,或是重新調教機器人,並尋找不同的解決方案。雖然無人化生產線可以有效縮減人力成本,提高工作時長。

相反地,越複雜的產線越有可能產生無法預料的錯誤情況,在機器人尚未有足夠彈性的應變能力之前,對業者來說,反而會因此不斷增加投入成本。

歐姆龍(Omron)智能係統研發中心總經理Masaru Takeuchi表示,其實導入機器人遠比想象中需要更多人力、時間和金錢,工程成本可能達到硬件成本的3~8倍,甚至有時候達到20倍,此外機器人也需要維護和保養,相總之下,其所耗費的成本高、又缺乏彈性,效益往往會隨產品周期的縮減而降低。

這恰恰與未來主流的製造趨勢有所抵觸。陳鬆盈認為,若製造業者的需求是混線生產,或是訴求少量多樣、彈性變化的製造型態,基本上業者不會選擇透過無人工廠以100%自動化的方式生產,“因為會更麻煩、更費工,製造成本一定會更高。”

因此業者評估,全自動化的生產型態可能較適合應用在高度標準化且產線更動頻率低的製造型態中。丹麥協作型機器人製造商Universal Robots(UR)則認為,無人工廠通常隻運用在非常大量、高成本的營運模式下,例如汽車製造這類大規模的組裝線。

過去汽車製造雖是自動化生產的最佳代表,不過其製造型態也正慢慢發生改變。例如奔馳(Mercedes-Benz)為迎合市場需求製造更多個性化的汽車,現也正縮減最終組裝的自動化程度以提高生產彈性,而其所關注的重點並非在於增加生產機器的比例,而是在於如何提高機器與人類之間的彈性和工作效率。

因此雖說汽車製造已邁入高度自動化的階段,但大型汽車製造商都不約而同選擇將可與人類在同個空間中一同作業的協作型機器人納入生產線中,一方麵維持人類在製造現場的彈性運作,保有人類先天被賦予的工作價值之外,另一方麵則是在增加機器人的比例下,讓機器取代人類處理危險、肮髒、沉重的任務,讓人機共工在“各有所長”的情況下發揮最大效益。

在這種人機協同工作模式下,有兩個關鍵點是我們需要關注的,既人機交互和機器管理。

大家對人機交互並不陌生,之前大多基於X86的工控機運行Windows係統實現,其缺點是需要風扇,沒有辦法做到防塵設計、成本高。隨著ARM在工業級領域的先天優勢,低功耗、無風扇、低成本,越來越多的人機交互屏采用ARM CPU來實現,操作係統采用Linux更可靠,界麵采用QTHTML5實現。其靈活的可裁剪、可定製性也為不同需求的工業現場提供更適宜的方案,例如采用91看电影嵌入式FETMX6Q-C核心板可根據項目需求靈活定製人機交互產品,屏幕尺寸、觸摸方式、RS485RS422CANDIDO等工業接口都可根據現場需求靈活設計。

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機器管理又是什麼呢?往往我們除了對機器的使用外,還需要獲取機器的運行數據,做到對機器的狀態了如指掌,可以提前預知哪台機器要“罷工”了,以便提前對其進行“思想教育”。機器產能的統計也是必不可少的環節了,“吃的最多,幹的最少”的機器可是老板不想要的,要及時的查看是不是沒有做到“人盡其才”。當然這隻是機器管理的一部分工作,根據不同的現場需求會有不同的處理機製。那麼,如何及時采集這些機器的信息呢?

簡單一圖說明,不管是中國機器甲乙丙丁,還是外國機器ABCD,都可以通過總線的形式和網關進行數據交互,由“中層”對其所管轄的機器進行協調可以及時的優化執行方案,提升工作效率。當然,中層也負責上傳下達,將現場數據采集後經過整理發送給BOSS,他會對數據進行彙總、分析、處理,給出決策。

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那麼問題又來了,網關就不能是千篇一律的了吧?對!我們需要一個有思想的中層網關,也可以叫邊緣計算網關吧,總之,可以對這個網關進行二次開發,同時要求他具備一定的處理能力。推薦91看电影嵌入式的FCU1101嵌入式控製單元,其具備4路RS485,滿足多台設備的同時接入,同時可擴展LoRa或Zigbee無線組網功能,可滿足不同現場通信需求,支持Ethernet,4G等多種聯網方式。

 


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