自動化與機器人熱潮不息 工廠該如何利用它們
???隨著自動化、智能化與機器人應(yīng)用的加快，未來工廠的雛形也逐漸形成。近日，麥肯錫咨詢公司發(fā)布題為“自動化、機器人與未來工廠”的文章，稱更便宜、功能更強大、更加靈活的技術(shù)正在加速全自動化生產(chǎn)設(shè)施的發(fā)展，對于企業(yè)而言，主要的挑戰(zhàn)將會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)機器人生產(chǎn)機器人，每班只有4名員工負責(zé)監(jiān)工。在飛利浦位于荷蘭的一家電動剃須刀工廠，機器人數(shù)量達到生產(chǎn)工人的14倍多，后者僅有9人。相機生產(chǎn)商佳能于2013年開始在旗下的數(shù)家工廠淘汰人類勞動力。
????這種“熄燈”生產(chǎn)概念，制造活動和物料流程完全自動化處理正成為現(xiàn)代制造日益普遍的一個特性。在某種程度上，新一波的自動化浪潮將會由當(dāng)初將機器人和自動化技術(shù)帶到工作場所的那些因素驅(qū)動：將人類工人從骯臟、枯燥乏味或者危險的工作中解放出來；通過排除錯誤和降低變化性提升產(chǎn)品質(zhì)量；通過用成本更低的機器替代成本越來越高的人工，來削減制造成本。然而，如今最先進的自動化系統(tǒng)擁有額外的功能，這促使它們能夠用于原來不適合實施自動化的環(huán)境，以及在制造中創(chuàng)造出全新的價值。
????機器人價格下降
????隨著機器人生產(chǎn)日益普及，機器人的成本呈現(xiàn)下降。在過去的30年里，按實值計算，機器人平均價格下降了一半，相對于勞動力成本，它的下降幅度甚至更大。隨著來自新興經(jīng)濟體的需求鼓勵機器人的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到成本較低的地區(qū)，它們的價格可能將進一步下降。
????人才更易獲取
????擁有設(shè)計、安裝、運作和維護機器人生產(chǎn)系統(tǒng)所需技能的人才，也正變得更加普遍。機器人工程師曾經(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)計方面的通識教育的一部分。軟件的可得性，比如模擬程序包和可測試機器人應(yīng)用的離線編程系統(tǒng)，已經(jīng)減少了工程時間和風(fēng)險。它也讓機器人程序編制任務(wù)變得更加簡單，成本也變得了。
????易于整合
????計算性能、軟件開發(fā)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的進步，提升了裝配、安裝和維護機器人的速度，同時降低了相關(guān)的成本。例如，傳感器和制動器以往必須要通過終端機框、連接器和接線盒，利用專門的接線單獨連接至機器人控制器，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簡單的網(wǎng)絡(luò)接線連接起來。這些零部件將會自動鑒定控制系統(tǒng)，因此能夠大大減少設(shè)置時間。這些傳感器和制動器還能夠進行自我監(jiān)控，將其狀態(tài)報告給控制系統(tǒng)，進而輔助過程控制，收集數(shù)據(jù)進行維護，實現(xiàn)持續(xù)不斷的改進和故障排除目的。其它的標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同樣讓連接機器人至更加廣泛的生產(chǎn)系統(tǒng)變得簡單明了。
????新能力
????機器人也在變得更加智能。早期的機器人只會一味地遵循同一路徑，后來的迭代版本利用激光或者視覺系統(tǒng)來檢測零部件和材料的方向，而最新一代的機器人則能夠整合來自不同傳感器的信息，實時調(diào)整它們的移動。例如，這可讓它們利用力反饋來在研磨、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大的計算機技術(shù)和大數(shù)據(jù)式分析。舉例來說，它們可以借助光譜分析來一邊焊接一邊檢查焊接的質(zhì)量，進而大大減少制造后所需的檢查工作。
????機器人承擔(dān)新的角色
????如今，這些因素正在機器人現(xiàn)已擅長的那些應(yīng)用范疇幫助提升它們的普及度，即重復(fù)性的大量生產(chǎn)活動。隨著用機器人自動化任務(wù)的成本和復(fù)雜度的降低，那些已經(jīng)在使用機器人的公司很可能將會更多地使用它們。然而，未來5年到10年，預(yù)計機器人在技術(shù)和經(jīng)濟層面均可行的任務(wù)種類將會出現(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，將會大大減少機器人為符合成本效益所需重復(fù)的特定任務(wù)的次數(shù)。這將會降低產(chǎn)量門檻，讓機器人成為年產(chǎn)量以數(shù)十或數(shù)百而非數(shù)千或者數(shù)十萬來計的細分任務(wù)經(jīng)濟可行的選擇。它也將讓機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作的視覺系統(tǒng)在機身上“爬行”。這種低量生產(chǎn)自動化帶來的成本節(jié)約將會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)可能也將進一步簡化機器人編程過程。例如，通過一系列的移動來指引教導(dǎo)機器人的做法已經(jīng)頗為常見，但快速發(fā)展的語音識別技術(shù)意味著，不久以后給它們發(fā)出語音指導(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)的進展，將會讓機器人能夠應(yīng)對任務(wù)間更大的多變性。這種因應(yīng)所在環(huán)境的變化來調(diào)整行動的能力，將會給一些領(lǐng)域帶來自動化的機會，比如高可變性的農(nóng)產(chǎn)品的處理。在日本，實驗已經(jīng)證明，借助立體影像系統(tǒng)來識別水果的位置和評估它的成熟度，機器人能夠?qū)⒉杉葺璧臅r間最多削減40%。
????這些能力也將會驅(qū)動各個行業(yè)領(lǐng)域的質(zhì)量提升。機器人將能夠在生產(chǎn)期間彌補潛在的質(zhì)量問題。相關(guān)案例包括：根據(jù)兩個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實現(xiàn)合適的成品尺寸。
????機器人生成的數(shù)據(jù)和更好地利用它們的先進分析技術(shù)，也將會有助于理解決定產(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)整制造程序來檢測和修復(fù)這類問題。
????3、復(fù)雜的任務(wù)
????如今的通用機器人在控制它們的移動上能夠精確到0.1毫米，機器人當(dāng)前配置的重復(fù)精準(zhǔn)度則達到0.02毫米。未來的機器人可能將會提供更高的精準(zhǔn)度。這種能力讓它們能夠參與日益精細的任務(wù)，比如穿針或者裝配高度復(fù)雜的電子設(shè)備。機器人也在變得更有協(xié)同性，現(xiàn)有的控制器能夠同時驅(qū)動數(shù)十個軸線，讓多臺機器人共同進行同一項任務(wù)。
????最后，先進的傳感器技術(shù)和分析來自那些傳感器的數(shù)據(jù)所需的計算能力，將會讓機器人能夠承擔(dān)之前需要高技能技工來完成的任務(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法展開的活動：例如，在它們被用于彌補底層材料的偏差，或者在結(jié)構(gòu)表面“繪制”電子電路的時候，實時調(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器人自動化哪些任務(wù)，決定哪些任務(wù)人工手動進行。先進的安全系統(tǒng)意味著機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，機器人會自動減慢速度或者改變路徑來避免碰撞。這種技術(shù)可讓機器人用于原本手動的裝配線上的個體任務(wù)。安全欄和聯(lián)動裝置的移除意味著運營成本會降低，對于小公司來說是一大利好。能夠?qū)C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，因為它可讓企業(yè)因應(yīng)需求的波動重新平衡生產(chǎn)線。
????機器人能夠在人類身邊安全運作，也將為環(huán)境嚴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)在它們的倉庫里采用各種形式的機器人自動化技術(shù)。不過，試想一下，如果車載機器人能夠在物流配送車輛中預(yù)先分類整理好包裹，那會給包裹配送員帶來多大的效率提升。
????5、靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)
????自動化系統(tǒng)正在變得越來越靈活，越來越智能，能夠自動調(diào)整它們的行為來最大化產(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)能夠自動調(diào)整整個生產(chǎn)線的速度，來適應(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。在自動化生產(chǎn)中，專家系統(tǒng)能夠自動對生產(chǎn)線速度作出小幅的調(diào)整，進而提升單獨加工線的綜合平衡，最大化整個制造系統(tǒng)的效率。
????目前在使用的機器人絕大多數(shù)仍能夠在高速的大量生產(chǎn)應(yīng)用中運作，而最先進的系統(tǒng)則能夠在工作狀態(tài)中進行調(diào)整，在不同的生產(chǎn)類型中進行無縫切換，無需停下來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)，從計算機數(shù)控切割到3D打印，無需變換工具就能調(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自無線射頻識別(RFID)標(biāo)簽的實時通信功能，來調(diào)整零部件的形狀，迎合不同型號的需求。
????用自動導(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縫重新配置產(chǎn)品和零部件的流動，讓處理步驟完全不同的制造工序能夠以全自動化的方式完成。這種靈活性帶來了一系列的益處：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，簡化高度定制化產(chǎn)品的制造。
????做出正確的自動化決策
????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化戰(zhàn)略決策呢？企業(yè)很容易會因為自動化本身而忘乎所以，但這幾乎總是會造成不如意的項目，如成本太高，實施時間過長，且無法實現(xiàn)企業(yè)的商業(yè)目標(biāo)。
????成功的自動化戰(zhàn)略需要多個層面的良好決策。企業(yè)必須要選擇自動化哪些活動，使用什么級別的自動化技術(shù)(從簡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)的高端機器人，采用哪些技術(shù)。在每一個這樣的層級上，企業(yè)都應(yīng)當(dāng)確保它們的計劃符合以下的標(biāo)準(zhǔn)。
????·自動化戰(zhàn)略必須符合商業(yè)和運營戰(zhàn)略。如上所述，自動化能夠?qū)崿F(xiàn)四個主要目的：提升工人的安全性，降低成本，提高質(zhì)量，強化彈性。運用的好的話，自動化技術(shù)可在所有的這些方面都帶來提升，但具體會帶來怎樣的成效可能因不同的技術(shù)和策略而異。對于任何一家企業(yè)組織而言，對于自動化戰(zhàn)略的權(quán)衡將取決于它的整體運營戰(zhàn)略和它的商業(yè)目標(biāo)。
????·實施自動化項目必須要先從清晰地理解問題著手。同樣重要的一點是，這包括自動化是合適的解決方案的理由。每一個項目都應(yīng)當(dāng)能夠鑒別自動化能夠如何、能夠在哪些地方帶來改進，展現(xiàn)這些改進如何與企業(yè)的整體戰(zhàn)略聯(lián)系起來。
????自動化必須要顯現(xiàn)出清晰的投資回報。企業(yè)，尤其是大企業(yè)，不應(yīng)在它們的自動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)淖詣踊瘡?fù)雜等級來迎合現(xiàn)在和可預(yù)見未來的需求，需要深刻理解企業(yè)的工序和制造系統(tǒng)。
????平臺化與整合
????在最大化資本投資回報率和減少新產(chǎn)品從設(shè)計到全規(guī)模生產(chǎn)所需的時間上，企業(yè)正面臨越來越大的壓力。打造僅適用于單條產(chǎn)品線的自動化系統(tǒng)，與那兩個目標(biāo)背道而馳，它在設(shè)備設(shè)計、采購和調(diào)試上需要反復(fù)、漫長且昂貴的周期。更好的做法是結(jié)合使用能夠輕易改動和適配的生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)線和工廠。
????正當(dāng)平臺化和模塊化戰(zhàn)略簡化了管理復(fù)雜產(chǎn)品組合的過程，降低了相關(guān)成本，對于在自動化戰(zhàn)略中尋求最大化靈活性和規(guī)模效益的制造商來說，平臺策略也將日益重要。
????流程平臺，比如配備焊接槍、電源和電子控制裝置的機器人手臂，能夠標(biāo)準(zhǔn)化，能夠應(yīng)用于和重復(fù)用于多種應(yīng)用，簡化編程、維護和產(chǎn)品支持的過程。
????自動化系統(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)變得更加簡單。但它也應(yīng)當(dāng)延伸到企業(yè)的其它運作方面。與計算機輔助設(shè)計、計算機集成工程和企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)的直接整合，將會加速新制造配置的設(shè)計和部署，讓靈活的系統(tǒng)能夠接近于實時響應(yīng)需求或者材料可用性的變化。過程變量和制造績效方面的數(shù)據(jù)將被記錄下來，用于質(zhì)量保證目的，以及用于幫助改進設(shè)計，帶來更好的未來產(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，因為后者將趨向于掌握很多完善自動化系統(tǒng)運作所需的專有知識和知識產(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，來平衡成本、效益和風(fēng)險。
????更便宜、更智能、更能適應(yīng)的自動化系統(tǒng)，已經(jīng)在以各種不同的方式改變制造業(yè)。該技術(shù)將變得更容易實施，但商業(yè)決策可不會那么容易實施。為了掌握這些新系統(tǒng)帶來的種種機會的價值，企業(yè)將需要采取全面的系統(tǒng)化策略，需要調(diào)整它們的自動化戰(zhàn)略來使得它們符合現(xiàn)在和未來的商業(yè)需求。