[科技界] 自动化与机器人正改变工厂 该如何利用它们呢

9月11日，麦肯锡公司(McKinsey & Company)最近发表了一篇题为《自动化、机器人与未来工厂》(Automation、Robot and Future Factory)的文章，称更便宜、更强大、更灵活的技术正在加速全自动化生产设施的发展。对于企业来说，主要的挑战将是决定如何最好地利用他们的能力。

以下是文章的主要内容:

在日本Rennomura的fanuc工厂，工业机器人生产机器人，每个班只有四名员工负责监督。荷兰飞利浦的一家电动剃须刀厂，机器人的数量是生产工人的14倍以上，后者只有9个人。相机制造商佳能(Canon)在2013年开始在几家工厂取消人工。

这种起燃生产概念、制造活动和物流的全自动处理正在成为现代制造业越来越普遍的特征。在某种程度上，新一轮自动化浪潮将由把机器人和自动化技术带到工作场所的因素所驱动:将人类工人从肮脏、无聊或危险的工作中解放出来；通过消除错误和减少可变性来提高产品质量；制造成本可以通过用低成本的机器代替日益昂贵的劳动力来降低。然而，当今最先进的自动化系统具有额外的功能，这使得它们可以在不适合自动化的环境中使用，并在制造中创造新的价值。

机器人价格下降

随着机器人生产的日益普及，机器人的成本正在降低。在过去的30年里，机器人的平均价格实际下降了一半，与劳动力成本相比，下降幅度更大。随着新兴经济体的需求鼓励机器人生产转移到低成本地区，它们的价格可能会进一步下跌。

人才更容易获得

人们拥有设计、安装、操作和维护机器人生产系统所需的技能变得越来越普遍。机器人工程师以前还挺少见的，都是雇佣成本高的专家。现在世界各地的学校都开设机器人相关的学科，或者是专业课，或者是制造技术或者制造工程设计的通识教育的一部分。可测试机器人应用的仿真包和离线编程系统等软件的可用性减少了工程时间和风险。这也使得机器人编程的任务变得更简单，成本变得更高。

易于集成

随着计算性能、软件开发技术和网络技术的发展，机器人的组装、安装和维护速度提高，同时相关成本降低。例如，过去，传感器和制动器必须通过终端框架、连接器和接线盒单独连接到机器人控制器，但现在，它们可以使用即插即用技术，因此组件通过相对简单的网络布线连接。这些组件将自动识别控制系统，因此设置时间可以大大减少。这些传感器和制动器还可以自我监控，并向控制系统报告它们的状态，从而帮助过程控制，收集维护数据，并实现持续改进和故障排除。其他标准和网络技术也使得将机器人连接到更广泛的生产系统变得简单明了。

新功能

机器人也变得越来越聪明。早期的机器人只是盲目地走同一条路，后来的迭代版本使用激光或视觉系统来检测零件和材料的方向，而最新一代的机器人可以集成来自不同传感器的信息，并实时调整自己的运动。例如，这允许他们使用力反馈来模拟研磨、修整或抛光应用中的机械操作。他们还可以利用更强大的计算机技术和大数据分析。例如，他们可以在焊接时使用光谱分析来检查焊接质量，从而大大减少制造后的检查工作。

机器人承担新角色

如今，这些因素正在帮助提高机器人在他们现在擅长的应用领域，即重复的大规模生产活动中的知名度。随着机器人自动化任务的成本和复杂性的降低，已经使用机器人的公司可能会更多地使用它们。然而，在未来5到10年内，预计机器人在技术和经济方面可行的任务类型将发生根本性变化。以下是一些案例。

1。小批量生产

对快速简单的设备进行编程的固有灵活性将大大减少机器人为了节省成本而需要重复的特定任务的数量。这将降低生产门槛，使机器人成为经济可行的细分任务选择，年产量从几千或几十万变为几十万或几十万。这也将使机器人成为小批量生产和产品组合差异较大的公司的可行选择。比如导航/航天用的柔性履带产品，通过使用视觉系统引导其运行，可以在机身上爬行。这种小批量生产自动化带来的成本节约将惠及各类企业:小企业将能够首次使用机器人技术，大企业将能够增强其产品组合的多样性。

新兴技术可能会进一步简化机器人编程过程。例如，通过一系列动作来引导和教授机器人是相当普遍的，但是语音识别技术的快速发展意味着在不久的将来给它们语音引导是可能的。

2。高度可变的任务

随着人工智能和传感器技术的发展，机器人可以应对任务之间更大的可变性。这种根据环境变化调整行动的能力将为某些领域带来自动化的机会，如高度可变的农产品加工。在日本，实验证明，通过使用立体图像系统来识别水果的位置并评估其成熟度，机器人可以将收集草莓所需的时间减少多达40%。

这些能力也会带动各个行业的质量提升。机器人将能够弥补生产过程中潜在的质量问题。相关案例包括:根据两个零件之间的尺寸差异，调整组装两个零件的强度，或者选择和组合不同尺寸的零件，以达到合适的成品尺寸。

机器人产生的数据和更好地利用它们先进的分析技术也将有助于理解决定产品质量的基本因素。例如，如果组装期间扭矩要求高于正常水平，并且发现与未成熟产品的故障有关，则可以在生产期间调整制造程序，以检测和修复此类问题。

3。复杂的任务

现在的通用机器人可以以0.1 mm的精度控制自己的运动，而目前机器人配置的可重复性是0.02 mm，未来的机器人可能会提供更高的精度。这种能力使他们能够参与越来越复杂的任务，如穿针或组装高度复杂的电子设备。机器人越来越合作，现有的控制器可以同时驱动几十个轴，这样多个机器人就可以一起完成相同的任务。

最后，先进的传感器技术和分析这些传感器数据所需的计算能力将使机器人能够承担以前需要高技能技术人员完成的任务，如切割宝石。这些技术甚至可能允许目前无法进行的活动:例如，当它们用于弥补底层材料的偏差或在结构表面绘制电子电路时，实时调整涂层的厚度或成分。

4。与人类合作

企业也将有更多的自由来决定哪些任务由机器人自动完成，哪些任务由人工执行。先进的安全系统意味着机器人可以在人类同事旁边占据新的位置。如果传感器显示有与操作员碰撞的风险，机器人会自动减速或改变路径以避免碰撞。这项技术允许机器人在原始的人工装配线上完成单独的任务。去掉安全围栏和联动，意味着运营成本会降低，这对小公司来说是一个很大的好处。能够与机器人和工人一起工作，并在他们之间重新分配任务，也有助于提高生产率，因为它允许企业根据需求的波动重新平衡生产线。

机器人可以在人类周围安全运行，也将为环境受到严格控制的工厂和车间以外的应用奠定基础。在线零售商和物流公司在其仓库中采用了各种形式的机器人自动化技术。但是，试想一下，如果车载机器人能够在物流配送车辆中提前分拣包裹，会给包裹配送人员带来多大的效率提升。

5。灵活的生产系统

自动化系统变得越来越灵活和智能，可以自动调整它们的行为，以最大化生产能力或最小化单位成本。饮料灌装包装生产线中使用的专家系统可以自动调整整个生产线的速度，以适应属于特定生产批次关键约束的任何活动。在自动化生产中，专家系统可以自动微调生产线的速度，从而提高单个加工生产线的综合平衡，最大限度地提高整个制造系统的效率。

目前，绝大多数使用中的机器人仍然可以在高速大规模生产应用中运行，而最先进的系统可以在工作状态下进行调整，并在不同的生产类型之间无缝切换，而无需停止更改程序或重新配置工作工具。现有的许多新兴生产技术，从计算机数控切割到3d打印，都可以在不更换工具的情况下调整零件的结构，因此可以生产不同批量的产品。例如，工业零件制造商使用射频识别(rfid)标签的实时通信功能来调整零件的形状，以满足不同型号的需求。

用自动导向车辆系统(AGV)代替固定的输送系统，甚至可以使工厂无缝地重新配置不同工作站之间的产品和零件流程，从而以完全自动化的方式完成加工步骤完全不同的制造过程。这种灵活性带来了一系列好处:缩短了生产准备阶段，使供需联系更加紧密，加快了新产品的推出，简化了高度定制化产品的制造。

做出正确的自动化决策

如此巨大的技术潜力触手可及，企业应该如何做出最佳的自动化战略决策？企业很容易被自动化本身冲昏头脑，但几乎总是导致项目不尽人意，比如成本高、实施时间长、无法实现企业的经营目标等。

一个成功的自动化策略需要在多个层次上做出好的决策。企业必须选择自动化哪些活动，使用什么水平的自动化技术(从简单的可编程逻辑控制器到传感器和智能自适应算法引导的高端机器人，使用什么技术。在每一个这样的级别上，企业都应该确保他们的计划符合以下标准。

& middot；自动化策略必须与业务和运营策略保持一致。如上所述，自动化可以实现四个主要目的:提高工人的安全性、降低成本、提高质量和增强灵活性。如果使用得当，自动化技术可以在所有这些方面带来改进，但具体结果可能因技术和策略的不同而不同。对于任何企业来说，自动化战略的取舍将取决于其整体运营战略和业务目标。

& middot；实现自动化项目，首先要把问题搞清楚。同样重要的是，这包括为什么自动化是一个合适的解决方案。每个项目都应该能够识别自动化如何以及在哪里带来改进，并展示这些改进如何与企业的整体战略相关联。

& middot；自动化必须显示出明确的投资回报。企业，尤其是大型企业，不应制定过多的法规，使自动化投资复杂化和超支。选择合适的自动化复杂程度来满足当前和可预见的未来需要对企业的流程和制造系统有深刻的理解。

平台化和集成

企业在最大化资本投资回报和减少新产品从设计到全面生产所需的时间方面面临越来越大的压力。创建一个只适用于单个产品线的自动化系统与这两个目标背道而驰。在设备设计、采购和调试中需要重复、长时间和昂贵的周期。还不如把生产系统，生产线，工厂结合起来，可以很容易的改变和适应。

随着平台和模块化战略简化了管理复杂产品组合的流程并降低了相关成本，平台战略对于寻求最大化自动化战略灵活性和规模经济的制造商将变得越来越重要。

工艺平台，如配备焊枪、电源、电子控制装置的机械臂，可以标准化、应用化、复用于各种应用，简化编程、维护、产品支持的流程。

自动化系统也需要高度集成到企业组织的其他系统中。那种集成是从工厂车间的机器之间的通信开始的。由于现代工业网络技术，集成变得更加简单。但是，也应该扩展到企业的其他运营方面。与计算机辅助设计、计算机集成工程和企业资源规划系统的直接集成将加速新制造配置的设计和部署，并使灵活的系统实时响应需求或材料可用性的变化。出于质量保证的目的，将记录关于过程变量和制造性能的数据，并用于帮助改进设计和在未来带来更好的产品。

集成也将延伸到工厂之外。企业不仅需要与客户和供应商保持密切的合作和无缝的信息交流；他们还需要与过程设备制造商建立这种关系，因为后者往往会掌握许多专有知识和知识产权，这些知识和产权是改善自动化系统运行所必需的。由于开放架构和网络协议的可用性，这种集成所需的技术变得越来越可用，但企业需要在文化、管理流程和思维模式方面进行变革，以平衡成本、收益和风险。

更便宜、更智能、适应性更强的自动化系统以各种方式改变了制造业。这项技术将变得更容易实现，但业务决策不会那么容易实现。为了把握这些新系统带来的各种机会的价值，企业需要采取全面的系统策略，调整自己的自动化策略，以满足当前和未来的业务需求。