無人工廠還不是時候 人機共工正主導(dǎo)制造未來
盡管無人工廠被視為智能制造的極致，但搖旗吶喊了幾年，真正實現(xiàn)完全無人化的工廠仍不常見，目前市場多數(shù)型態(tài)較偏向于以降低人工比例、“接近”無人工廠規(guī)模的方式運行。全自動化生產(chǎn)的愿景并沒有如想象中順利進(jìn)行著，甚至因應(yīng)未來制造趨勢，市場對于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(chǎn)線更符合彈性需求的人機共工模式。
無人工廠究竟可不可行?在近期特斯拉面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(guān)鍵技術(shù)遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜許多。無人工廠的最終目的是要將人類從生產(chǎn)在線移開，讓機器取代人類以降低人工成本并提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，但實現(xiàn)這些愿景的前提是，制造業(yè)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并無法達(dá)到與人類相同的水平。首先在功能性方面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(dá)到更精準(zhǔn)的"眼手協(xié)調(diào)”，但業(yè)界觀察，其最關(guān)鍵的技術(shù)應(yīng)在于觸覺感測。
由工研院獨立出來的原見精機，自2010年起便專注于投入觸覺感測的研發(fā)。原見精機總經(jīng)理盧元立表示，觸覺感測可讓機器手臂經(jīng)由“觸感”更聰明地辨識出物體的材質(zhì)，借助手臂便可自行調(diào)整抓取力道以避免物料的損壞，對于物料有“直接接觸”的辨識能力。
另一方面，機器人缺乏人類適應(yīng)環(huán)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(yù)知的變化中保有彈性的應(yīng)變能力，并且透過觀察與經(jīng)驗法則推測下一步可能會發(fā)生什么事等。
目前在生產(chǎn)在線的機器人多數(shù)都靈活，也尚未有足夠的人工智能技術(shù)得以支撐。西門子(Siemens)軟件大中華區(qū)技術(shù)總監(jiān)陳松盈則表示，“彈性”是目前機器人最缺乏的關(guān)鍵要素。
當(dāng)制程發(fā)生非預(yù)期性變化或工廠開始生產(chǎn)新產(chǎn)品時，制造業(yè)者必需重新設(shè)計產(chǎn)線、配置機臺設(shè)備，或是重新調(diào)教機器人，并尋找不同的解決方案。雖然無人化生產(chǎn)線可以有效縮減人力成本，提高工作時長。
相反地，越復(fù)雜的產(chǎn)線越有可能產(chǎn)生無法預(yù)料的錯誤情況，在機器人尚未有足夠彈性的應(yīng)變能力之前，對業(yè)者來說，反而會因此不斷增加投入成本。
歐姆龍(Omron)智能系統(tǒng)研發(fā)中心總經(jīng)理Masaru Takeuchi表示，其實導(dǎo)入機器人遠(yuǎn)比想象中需要更多人力、時間和金錢，工程成本可能達(dá)到硬件成本的3~8倍，甚至有時候達(dá)到20倍，此外機器人也需要維護(hù)和保養(yǎng)，相總之下，其所耗費的成本高、又缺乏彈性，效益往往會隨產(chǎn)品周期的縮減而降低。
這恰恰與未來主流的制造趨勢有所抵觸。陳松盈認(rèn)為，若制造業(yè)者的需求是混線生產(chǎn)，或是訴求少量多樣、彈性變化的制造型態(tài)，基本上業(yè)者不會選擇透過無人工廠以100%自動化的方式生產(chǎn)，“因為會更麻煩、更費工，制造成本一定會更高。”
因此業(yè)者評估，全自動化的生產(chǎn)型態(tài)可能較適合應(yīng)用在高度標(biāo)準(zhǔn)化且產(chǎn)線更動頻率低的制造型態(tài)中。丹麥協(xié)作型機器人制造商Universal Robots(UR)則認(rèn)為，無人工廠通常只運用在非常大量、高成本的營運模式下，例如汽車制造這類大規(guī)模的組裝線。
過去汽車制造雖是自動化生產(chǎn)的最佳代表，不過其制造型態(tài)也正慢慢發(fā)生改變。例如奔馳(Mercedes-Benz)為迎合市場需求制造更多個性化的汽車，現(xiàn)也正縮減最終組裝的自動化程度以提高生產(chǎn)彈性，而其所關(guān)注的重點并非在于增加生產(chǎn)機器的比例，而是在于如何提高機器與人類之間的彈性和工作效率。
因此雖說汽車制造已邁入高度自動化的階段，但大型汽車制造商都不約而同選擇將可與人類在同個空間中一同作業(yè)的協(xié)作型機器人納入生產(chǎn)線中，一方面維持人類在制造現(xiàn)場的彈性運作，保有人類先天被賦予的工作價值之外，另一方面則是在增加機器人的比例下，讓機器取代人類處理危險、骯臟、沉重的任務(wù)，讓人機共工在“各有所長”的情況下發(fā)揮最大效益。
在這種人機協(xié)同工作模式下，有兩個關(guān)鍵點是我們需要關(guān)注的，既人機交互和機器管理。
大家對人機交互并不陌生，之前大多基于X86的工控機運行Windows系統(tǒng)實現(xiàn)，其缺點是需要風(fēng)扇，沒有辦法做到防塵設(shè)計、成本高。隨著ARM在工業(yè)級領(lǐng)域的先天優(yōu)勢，低功耗、無風(fēng)扇、低成本，越來越多的人機交互屏采用ARM CPU來實現(xiàn)，操作系統(tǒng)采用Linux更可靠，界面采用QT或HTML5實現(xiàn)。其靈活的可裁剪、可定制性也為不同需求的工業(yè)現(xiàn)場提供更適宜的方案，例如采用飛凌嵌入式FETMX6Q-C核心板可根據(jù)項目需求靈活定制人機交互產(chǎn)品，屏幕尺寸、觸摸方式、RS485、RS422、CAN、DI、DO等工業(yè)接口都可根據(jù)現(xiàn)場需求靈活設(shè)計。
機器管理又是什么呢？往往我們除了對機器的使用外，還需要獲取機器的運行數(shù)據(jù)，做到對機器的狀態(tài)了如指掌，可以提前預(yù)知哪臺機器要“罷工”了，以便提前對其進(jìn)行“思想教育”。機器產(chǎn)能的統(tǒng)計也是必不可少的環(huán)節(jié)了，“吃的最多，干的最少”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(dāng)然這只是機器管理的一部分工作，根據(jù)不同的現(xiàn)場需求會有不同的處理機制。那么，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(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，由“中層”對其所管轄的機器進(jìn)行協(xié)調(diào)可以及時的優(yōu)化執(zhí)行方案，提升工作效率。當(dāng)然，中層也負(fù)責(zé)上傳下達(dá)，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過整理發(fā)送給BOSS，他會對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、處理，給出決策。
那么問題又來了，網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)，也可以叫邊緣計算網(wǎng)關(guān)吧，總之，可以對這個網(wǎng)關(guān)進(jìn)行二次開發(fā)，同時要求他具備一定的處理能力。推薦飛凌嵌入式的FCU1101嵌入式控制單元，其具備4路RS485，滿足多臺設(shè)備的同時接入，同時可擴展LoRa或Zigbee無線組網(wǎng)功能，可滿足不同現(xiàn)場通信需求，支持Ethernet，4G等多種聯(lián)網(wǎng)方式。
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