機(jī)器人已經(jīng)成為工廠車(chē)間的副駕駛，成為噴漆工、打磨工、機(jī)器維修工和材料運(yùn)輸工。當(dāng)波音公司專(zhuān)家菲爾-弗里曼（Phil Freeman）在20世紀(jì)末開(kāi)始其航空航天事業(yè)時(shí)，還沒(méi)有機(jī)器人為飛機(jī)上的緊固件鉆孔。

自動(dòng)化專(zhuān)家、波音研究與技術(shù)部高級(jí)技術(shù)研究員Phil Freeman認(rèn)為，在航空航天生產(chǎn)過(guò)程中使用的機(jī)器人和系統(tǒng)出現(xiàn)了更多的自主性趨勢(shì)。

波音公司波音研究與技術(shù)部（南卡羅來(lái)納州查爾斯頓）高級(jí)技術(shù)研究員菲爾-弗里曼（Phil Freeman）解釋說(shuō)：“我們了解了很多原因；（這是因?yàn)椋C(jī)器人在精度和剛度方面的工作方式。然后，通過(guò)這些，我們想出了如何克服這些挑戰(zhàn)。而現(xiàn)在，我不知道有哪家航空航天公司沒(méi)有機(jī)器人在飛機(jī)上鉆孔?！?/p>

除了為緊固件鉆孔外，機(jī)器人還是航空航天原始設(shè)備制造商及其供應(yīng)商的油漆工、機(jī)械投標(biāo)人、材料運(yùn)輸工、打磨工和拋光工。

先進(jìn)的復(fù)合材料制造商Airborne Aerospace BV（荷蘭海牙）使用自動(dòng)編程的機(jī)器人，通過(guò)根據(jù)CAD圖紙?jiān)O(shè)計(jì)自己的膠水路徑來(lái)密封復(fù)合材料部件的邊緣。

GrayMatter Robotics 的首席科學(xué)家 Satyandra “SK” Gupta 表示，借助以物理學(xué)為基礎(chǔ)的 AI 驅(qū)動(dòng)軟件，已知的物理原理可以彌補(bǔ)制造業(yè)數(shù)據(jù)的缺乏。

總部位于加拿大蒙特利爾的軟件公司 RoboDK 幫助德克薩斯州奧斯汀的自動(dòng)化解決方案提供商 Wilder Systems Inc. 開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器人空氣清洗機(jī)——就像洗車(chē)機(jī)一樣，只是機(jī)器人在車(chē)輛靜止時(shí)移動(dòng)——以擦洗臟兮兮的工藝品。Airborne 和 Wilder Systems 均未回應(yīng)采訪請(qǐng)求。

機(jī)器人不僅承擔(dān)大多數(shù)人類(lèi)不喜歡的重復(fù)性和更危險(xiǎn)的工作，而且它們不需要安全許可就可以在航空航天及其更隱秘的孿生國(guó)防等受限行業(yè)工作。機(jī)器人還可以彌補(bǔ)合格工人的不足。

航空航天采用手工疊層等遺留工藝，在自動(dòng)化游戲中似乎已經(jīng)晚了，但弗里曼指出這并不準(zhǔn)確。

他說(shuō)：“航空航天實(shí)際上有很多自動(dòng)化。大多數(shù)制造都是自動(dòng)化的，對(duì)吧？所以在低端，有點(diǎn)經(jīng)典，你有很多 CNC 工作。但即使在諸如復(fù)合材料的自動(dòng)纖維放置之類(lèi)的事情中，也有相當(dāng)多的自動(dòng)化。然后，當(dāng)你開(kāi)始組裝和連接時(shí)，仍然有相當(dāng)多的自動(dòng)化。因此，您會(huì)看到飛機(jī)的自動(dòng)配平和鉆孔、自動(dòng)鉆孔和緊固。然后您會(huì)看到使用 NDI（無(wú)損檢測(cè)）和無(wú)損評(píng)估的自動(dòng)檢測(cè)。你會(huì)看到很多工件夾持的自動(dòng)化。在（波音）復(fù)合材料機(jī)翼中心，我們?cè)?a href="http://www.htyl001.com/sell/search.php?keyword=%E7%89%A9%E6%96%99%E6%90%AC%E8%BF%90" title="物料搬運(yùn)" target="_blank">物料搬運(yùn)方面做得更多。我們正在使用 AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)）來(lái)移動(dòng)大型零件、機(jī)器人夾具等等。”

弗里曼曾參與 F-18、C-17、F-15 和 787 夢(mèng)想飛機(jī)的自動(dòng)化項(xiàng)目，他認(rèn)為航空航天自動(dòng)化正朝著生產(chǎn)過(guò)程中使用的機(jī)器人和系統(tǒng)的更多自主性發(fā)展。

他說(shuō)：“我認(rèn)為自治確實(shí)是我們正在發(fā)展的領(lǐng)域之一。系統(tǒng)在較少定義和較少約束的環(huán)境中工作的能力?！?/p>

據(jù)該公司稱(chēng)，Otto Motors 的 1500 自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 是一種主力機(jī)器，旨在通過(guò)苛刻的環(huán)境移動(dòng)重達(dá) 1900 公斤（2.1 短噸）的有效載荷，速度比市場(chǎng)上任何其他 AMR 都快，安全事故為零。

例如，F(xiàn)reeman 指出，自動(dòng)化移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 可以自行在工廠中導(dǎo)航，到達(dá)需要完成工作的位置，然后根據(jù)自己的人工智能執(zhí)行工作。

他說(shuō)：“這涉及大量機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、算法機(jī)器人技術(shù)，例如自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃、自動(dòng)路徑規(guī)劃。這些是我們從自動(dòng)駕駛汽車(chē)等其他領(lǐng)域借鑒的想法。這就是我在機(jī)器人技術(shù)中看到許多新興領(lǐng)域的地方——從某種經(jīng)典的、嚴(yán)格的腳本化步驟和序列集轉(zhuǎn)變?yōu)楦幼灾鞯南到y(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)，自行做出決定，并繼續(xù)工作?！?/p>

與大多數(shù)研究人員一樣，弗里曼和他的同事們一直在努力突破可能的界限。這正是一家供應(yīng)商在十年間嘗試使用機(jī)器人打磨拋光亞克力飛機(jī)透明膠片時(shí)所做的事情。

一種尺寸并不適合所有人

為了為其飛機(jī)透明膠片（窗戶(hù)和機(jī)蓋）的生產(chǎn)尋找自動(dòng)化流程解決方案，總部位于英國(guó)的 GKN Aerospace Services Ltd. 與經(jīng)驗(yàn)豐富的自動(dòng)化集成商合作了 10 年，他們使用現(xiàn)成的機(jī)器人和控件。首席研究工程師 Martin Philo 表示，盡管付出了努力，但配置失敗的系統(tǒng)數(shù)量“遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)”成功部署的數(shù)量。

因此，該公司著手查明原因。

Capriol 的 MNT 型號(hào)結(jié)合了 Otto Motors 1500 自動(dòng)化移動(dòng)機(jī)器人和 FANUC R1000 系列機(jī)械臂，專(zhuān)為處理中型有效載荷而設(shè)計(jì)。

“在整合了我們自己的幾個(gè)項(xiàng)目之后，GKN Aerospace 意識(shí)到許多機(jī)器人供應(yīng)商提供的‘通用型’系統(tǒng)根本沒(méi)有能力精確執(zhí)行 GKN 提供的更復(fù)雜的流程航空航天需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以保持競(jìng)爭(zhēng)力并保護(hù)我們的員工隊(duì)伍。”P(pán)hilo 解釋道：“進(jìn)一步的研究使我們得出結(jié)論，硬件不是問(wèn)題所在，但由于我們流程的復(fù)雜性，機(jī)器人軟件無(wú)法充分執(zhí)行自動(dòng)化計(jì)劃。我們需要的是一個(gè)全面的系統(tǒng)解決方案，包括專(zhuān)門(mén)為處理復(fù)雜流程而開(kāi)發(fā)的軟件、組件驅(qū)動(dòng)程序和人工智能?！?/p>

GKN Aerospace 不是自動(dòng)化的新手，它已經(jīng)使用了 CNC 機(jī)器、成型自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化檢測(cè)。GKN Aerospace 位于加利福尼亞州加登格羅夫的工廠的另一項(xiàng)自動(dòng)化任務(wù)是打磨和拋光亞克力軍用機(jī)蓋和駕駛艙窗戶(hù)以及客機(jī)窗戶(hù)。這項(xiàng)工作是極其勞動(dòng)密集型的：打磨一個(gè)零件需要的不僅僅是一個(gè)工作班次。

GKN Aerospace 相信它在加利福尼亞州的 GrayMatter Robotics Inc. 找到了合適的合作伙伴來(lái)滿足其對(duì)自動(dòng)打磨和拋光的需求，并通過(guò)與開(kāi)發(fā)商的直接合作增強(qiáng)了其樂(lè)觀情緒。

GrayMatter 的專(zhuān)家同意這家航空航天供應(yīng)商的結(jié)論，即提供機(jī)器人作為完整解決方案以及現(xiàn)成機(jī)器人軟件是之前項(xiàng)目失敗的根源。其 Scan&Sand 技術(shù)使用光學(xué)掃描和定制的、基于物理的 AI 驅(qū)動(dòng)軟件來(lái)支持安裝在龍門(mén)架上并配備研磨工具的工業(yè)機(jī)械臂。

GrayMatter 的首席科學(xué)家 Satyandra “SK” Gupta 說(shuō)：“如果你看到很多人工智能被用于先進(jìn)的工業(yè)、電影和 Facebook 圖像檢測(cè)，這些都是純粹的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。他們擁有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的可用數(shù)據(jù)，他們只是簡(jiǎn)單地挖掘數(shù)據(jù)以尋找模式?！?/p>

然而，在數(shù)據(jù)有限的制造中心，已知的物理原理可以代替數(shù)據(jù)的缺乏。例如，眾所周知，在打磨時(shí)，施加更大的力會(huì)去除更多的材料。

該級(jí)別的信息或數(shù)據(jù)對(duì)于 Scan&Sand 來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了?！澳悴恢来_切的關(guān)系是什么，但你至少知道這是我預(yù)期的趨勢(shì)，”古普塔說(shuō)：“所以你不需要挖掘數(shù)據(jù)來(lái)了解趨勢(shì)。您已經(jīng)知道存在這些物理關(guān)系，除此之外我還需要數(shù)據(jù)。因此，無(wú)論您了解您想要利用的過(guò)程的任何信息?！?/p>

正如自動(dòng)化所承諾的那樣，GKN Aerospace 希望在 GrayMatter 的幫助下更快地完成工作并始終如一地提高質(zhì)量。

根據(jù)初步估計(jì)，Scan&Sand 將在不到四小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)零件，從而提高生產(chǎn)率，使 GKN Aerospace 的產(chǎn)量提高三到四倍。此外，自動(dòng)化有可能顯著降低與打磨相關(guān)的報(bào)廢、維修和返工成本，每年可達(dá) 500 萬(wàn)美元。

Philo 說(shuō)：“我們選擇在這個(gè)項(xiàng)目上與 GrayMatter 合作，因?yàn)樗麄儗?zhuān)注于打磨，渴望實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量而不僅僅是生產(chǎn)力，以及支持項(xiàng)目目標(biāo)的軟件技術(shù)?！?/p>

GKN 于 2022 年 1 月開(kāi)始使用 Scan&Sand，并計(jì)劃在明年達(dá)到必要的技術(shù)和制造準(zhǔn)備水平后將其部署到生產(chǎn)中。

Philo 說(shuō)：“項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在努力開(kāi)發(fā)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)精確質(zhì)量，同時(shí)探索新的檢測(cè)方法以納入生產(chǎn)打磨和拋光系統(tǒng)?！?/p>

節(jié)約時(shí)間

在美國(guó)北卡羅來(lái)納州阿什維爾的 GE 航空集團(tuán)，技術(shù)精湛的操作員在對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)罩進(jìn)行 CT 無(wú)損檢測(cè)時(shí)成為他們自己的打手。與此同時(shí)，該工廠的護(hù)罩產(chǎn)量計(jì)劃激增以滿足客戶(hù)需求。

需要進(jìn)行一些更改以提高生產(chǎn)率，并且需要在整個(gè)工廠中進(jìn)行擴(kuò)展。

GE 航空測(cè)試首席工程師斯蒂芬賴(lài)斯在一個(gè)關(guān)于 2018 年開(kāi)始解決問(wèn)題的案例研究視頻中說(shuō)：“這個(gè)過(guò)程是手動(dòng)交互的，有很多人互動(dòng)，過(guò)程迭代。在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，我們正在尋找每周 30-60 件（裹尸布）的速度。到 2022 年，我們未來(lái)的增長(zhǎng)率將上升到每周 1,500，所以我們知道我們必須找到前進(jìn)的道路?！?/p>

這些手動(dòng)交互過(guò)程中的每一個(gè)都需要 20-30 分鐘，每 7 天 1,500 件裹尸布的目標(biāo)速度將比一周花費(fèi)更多的時(shí)間。

解決方案和視頻的主題是通過(guò)在 Otto Motors（安大略省基奇納）（Clearpath Robotics Inc. 的一個(gè)部門(mén)）的 AMR 上安裝 Fanuc 協(xié)作機(jī)器人手臂來(lái)創(chuàng)建一組移動(dòng)機(jī)器招標(biāo)。

GE 航空公司工藝工程師 Evan Bryant 在視頻中說(shuō)：“通過(guò)引入自動(dòng)化，我們看到進(jìn)入零件的直接人工減少了 20%，”

OEM 節(jié)省的不僅僅是時(shí)間。

根據(jù)案例研究視頻，該公司在 2019 年實(shí)現(xiàn)了 130 萬(wàn)美元的投資回報(bào)，這是移動(dòng)車(chē)隊(duì)運(yùn)營(yíng)的第一個(gè)全年。此外，Capriol 的運(yùn)營(yíng)經(jīng)理 Tom Post 在接受采訪時(shí)說(shuō)，位于密歇根州西布盧姆菲爾德的移動(dòng)機(jī)器系統(tǒng)集成商 Capriol公司 提出了一個(gè)解決方案，可以節(jié)省 800 萬(wàn)美元的資本投資以達(dá)到最終的產(chǎn)量。

“在您觀看的案例研究視頻中，他們開(kāi)發(fā)了安裝在我們車(chē)輛頂部的 Fanuc 協(xié)作機(jī)器人附件，以滿足連接到 CNC 機(jī)器并從該機(jī)器中取出非常重要、昂貴的部件的非常具體的負(fù)載處理需求并在此過(guò)程中將其轉(zhuǎn)移到下游。”O(jiān)tto Motors公司首席執(zhí)行官馬特倫德?tīng)栐诹硪淮尾稍L中補(bǔ)充道。

GrayMatter Robotics 的自動(dòng)化 Scan&Sand 技術(shù)的設(shè)置包括兩個(gè)機(jī)械臂，一個(gè)用于過(guò)程，另一個(gè)用于檢查。

誰(shuí)是Otto Motors？

Otto Motors 與 GE 有著長(zhǎng)期的合作關(guān)系，自 2015 年這家加拿大公司成立以來(lái)，這家美國(guó)跨國(guó)公司就是該公司的早期投資者和合作伙伴/客戶(hù)。Otto 的專(zhuān)長(zhǎng)是提供“地球上一些最大的 AMR 車(chē)隊(duì)”用于物料搬運(yùn)，據(jù)稱(chēng)到公司。

雖然 Otto Motors 構(gòu)建其 AMR 旨在為客戶(hù)提供最佳的總擁有成本、最長(zhǎng)的使用壽命和最長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間，但其真正的力量在于其軟件。

Rendall 說(shuō)：“軟件實(shí)際上是將我們的產(chǎn)品集成到環(huán)境中的最重要原因，它有兩層：在車(chē)輛上運(yùn)行的軟件，但從流程層面來(lái)看，真正的魔力在于車(chē)隊(duì)管理軟件。”

對(duì)于 AMR 的軟件，運(yùn)營(yíng)商希望擁有最智能、最具彈性和最強(qiáng)大的機(jī)載軟件。憑借這種智能，機(jī)器人可以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的情況做出反應(yīng)，例如轉(zhuǎn)彎和在無(wú)法模擬的混亂中工作，所有這些都以一種仍然允許正確的部分在正確的時(shí)間到達(dá)正確的位置的方式進(jìn)行。幸運(yùn)的是，即使是新部署的 Otto AMR 也能從該軟件的蜂巢式思維質(zhì)量中獲益，該軟件目前已積累了超過(guò) 300 萬(wàn)小時(shí)的生產(chǎn)駕駛經(jīng)驗(yàn)。

倫德?tīng)栒f(shuō)：“想想一個(gè)正在學(xué)習(xí)如何駕駛的青少年，也許他們需要兩周的駕駛經(jīng)驗(yàn)才能獲得駕照。嗯，在機(jī)器規(guī)模上，你們有共享智能，對(duì)吧？想象一下將電纜插入駕駛教練的頭部并將所有駕駛體驗(yàn)下載到學(xué)生身上的能力。現(xiàn)在，每一輛駛?cè)胲?chē)間的車(chē)輛都能夠接入我們軟件的中央智能系統(tǒng)，并一下子擁有 300 萬(wàn)小時(shí)的駕駛體驗(yàn)。從我們的角度來(lái)看，這是非常重要和有力的，而且與眾不同。”

Rendall 描述背后的技術(shù)很有吸引力：車(chē)隊(duì)管理軟件是客戶(hù)選擇 Otto 而不是其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的最大原因之一，他說(shuō)。

他說(shuō)：“它是將 AMR 車(chē)隊(duì)連接到制造執(zhí)行系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和 PLC 網(wǎng)絡(luò)的車(chē)隊(duì)管理軟件。正是它為您提供無(wú)縫的端到端集成，并將材料從一件加工設(shè)備轉(zhuǎn)移到像我們這樣的材料運(yùn)輸解決方案。”

在 GE Aviation 案例研究中，工廠的 AMR 與 CNC 機(jī)器接口，這意味著機(jī)器人和機(jī)床必須進(jìn)行通信。與此同時(shí)，AMR 和車(chē)隊(duì)經(jīng)理正在來(lái)回發(fā)送信號(hào)。

Rendall 說(shuō)：“因此，您的材料流盡可能接近熄燈狀態(tài)?！?/p>

跑過(guò)通用電氣

雖然 Otto的AMR使用激光雷達(dá)和軟件進(jìn)行導(dǎo)航，但Capriol在其為GE航空項(xiàng)目中的移動(dòng)機(jī)器人頂部的機(jī)械臂制造的終端效應(yīng)器中加入了額外的視覺(jué)層。

Post說(shuō)：“這是移動(dòng)機(jī)器人的一項(xiàng)有利技術(shù)。因?yàn)槲覀儚囊粋€(gè)站開(kāi)到另一個(gè)站，我們需要獲得機(jī)器人定位的位置。所以我們使用機(jī)器人視覺(jué)來(lái)改變機(jī)器人的偏移量，找到要加工的部件，并在該位置設(shè)置偏移量。當(dāng)它開(kāi)起來(lái)的時(shí)候，AMR定位（自己）±2厘米，這在機(jī)器人世界里是非常大的。為了能夠在機(jī)器人設(shè)計(jì)規(guī)格的半毫米范圍內(nèi)定位，我們必須在設(shè)備上或工位上使用靶標(biāo)，也就是機(jī)器人用來(lái)設(shè)置其偏移量的條形碼或點(diǎn)陣。然后我們就能精確地抓取零件并進(jìn)行工作?！?/p>

與 Otto公司一樣，Capriol公司也與通用電氣有著長(zhǎng)期的聯(lián)系。Post說(shuō)：“我們（創(chuàng)始人）曾在通用電氣全球研究部的先進(jìn)制造組一起工作。而我們的主管Roland Menassa指示我們制造移動(dòng)機(jī)器人。所以我們開(kāi)始建造他們的第一批設(shè)備?！?/p>

當(dāng)通用電氣的財(cái)富出現(xiàn)下滑時(shí)，它取消了Post的小組。他說(shuō)：“我們當(dāng)時(shí)想，我們有客戶(hù)，內(nèi)部客戶(hù)，他們對(duì)這個(gè)產(chǎn)品感興趣。我們可以擁有它嗎？而他們說(shuō)可以。所以我們繼續(xù)在Capriol下進(jìn)行項(xiàng)目工作?！?/p>

一段時(shí)間后，來(lái)自通用電氣資本公司（該公司的金融服務(wù)部門(mén)）的代表在參觀通用電氣航空廠時(shí)，看到了Otto Motors-Capriol 物料搬運(yùn)機(jī)器人。

Post說(shuō)：“其中一個(gè)人問(wèn)我，你們是怎么做到的？GE放棄了這個(gè)球。我們把它撿起來(lái)并運(yùn)行它?！?/p>