自動(dòng)化與機(jī)器人正改變工廠，該如何利用它們呢
麥肯錫咨詢(xún)公司近日發(fā)布題為自動(dòng)化、機(jī)器人與未來(lái)工廠的文章，稱(chēng)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(kāi)始在旗下的數(shù)家工廠淘汰人類(lèi)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(lèi)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(guò)排除錯(cuò)誤和降低變化性提升產(chǎn)品質(zhì)量；通過(guò)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(guò)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(jiàn)，屬于雇用成本很高的專(zhuān)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(zhuān)門(mén)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(xiàn)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(kāi)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(guò)終端機(jī)框、連接器和接線(xiàn)盒，利用專(zhuān)門(mén)的接線(xiàn)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(xiàn)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(guò)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(jué)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(shuō)，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)椭嵘鼈兊钠占岸龋粗貜?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(lèi)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(mén)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(jué)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(lèi)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(guò)程。例如，通過(guò)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(jiàn)，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(wèn)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)，庫(kù)卡機(jī)器人，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(lèi)問(wèn)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(xiàn)，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(kāi)目前完全無(wú)法展開(kāi)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(lèi)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(lèi)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。