未來的工廠將會出現能領導團隊機器人
http://www.sharifulalam.com 2013-06-24 13:40
傳統的工業機器人高效但“死板”，只遵循程序而無法與人類合作。現在，一個由人類與機器人搭檔、并由機器人負責指揮的團隊在PK中大勝人類專家團。未來，這一模式有望大大提高生產效率。
機器人+人類VS人類團隊
如果一名工程師與一個機器人組隊，挑戰一隊具有十多年焊接經驗的專家，比賽誰能更快地為一輛“悍馬”(一種越野車)焊接出車體的金屬框架，你覺得哪一方會贏？
這名與機器人組隊的工程師名叫邁克爾·道森·哈格蒂(MichaelDawson-Haggerty)。他獲得碩士學位后進入了卡內基·梅隆大學的機器人研究所擔任工程師。
他的比賽搭檔是一個機器人。與常見的機器人不同，這個4米高，具有一個機械臂、名為“噴火”的焊接機器人經過改進，配備了一部可以充當“眼睛”的激光器，能同人類并肩工作。
此外，在工作中并不是由道森·哈格蒂下達命令，這個“兩人”小組的合作更像是以另一種方式進行：首先，根據誰能更有效的完成某項任務，道森·哈格蒂和“噴火”會將那些頗具難度的定位和焊接工作進行分配，并由機器人來指揮工序的進行。其中，做出決定的往往是機器人，而非人類。
也就是說，在這場比賽中，道森·哈格蒂的領導是機器人。
經過如此的分工合作，道森·哈格蒂和他的機器人搭檔花費了10個小時和1150美元(包括原材料和人工費用)來焊接出這個框架；而作為對照組，焊接專家完成同樣的工作花費了89個小時不說，還收了7075美元！
傳統工業機器人的缺陷
過去半個多世紀里，制造企業已經在通過使用工業機器人實現自動化，來提高生產效率，并且它們工作得很出色。雖然機器人一直被用作執行特定的重復性操作(例如為生產線上的每輛汽車焊接一組特定的接口)，但是人類已經對生產線進行了精心的安排和設置，來充分利用機器人強大的力量和高度的精確性。
這種模式在生產汽車這類大批量制造的產品時很有效。然而，隨著個性化或定制生產需求的增加，制造企業要越來越多的根據用戶需求制造小批量產品，而用于設定制造工序(例如焊接或加工)所需的時間就成了一個主要瓶頸。準備機器人從事特定工作需要的時間太長，有時得好幾個月。其間人們必須安排焊接順序，重新組裝部件，為機器人編寫程序，準備庫存材料，以及優化焊接參數。
傳統的工業機器人只聽命于“程序”，而無法與人類“合作”。傳統工業機器人根據其“本性”不達目的不罷休，無論是否有人類擋在前面。如果有障礙物阻擋了它的移動，工業機器人就會進入錯誤狀態并自動關機。這種情況雖然比碾過什么人要好些，但卻大大降低了生產效率。如果人類和這些“同事”們只是在彼此互相過于接近時暫停一下，就可以少耽誤多少工作？
機器人領導人類
下一代工業機器人將得到本質上的改變，可以足夠安全地在人類周圍工作。如果一部機器人不慎撞到了人，其撞擊力應該不是致命的，或者壓根就不足以帶來危險。機器人將了解廠房里人類所處的位置，并且它們應該能夠運用聲音、姿勢、“面部表情”、文字、圖形等手段，來同它們的人類同事交流。
以“噴火”與道森·哈格蒂的組合為例，“噴火”不僅能向人類學習，它還足夠聰明，能指導人類工作。“噴火”會將一個大工程分割成小步驟，并客觀的根據“誰”(機器人或人類)能更快地完成，來將這些任務進行分配，而不會主觀地優先考慮某一方。
道森·哈格蒂和“噴火”的車架焊接工作，始于從車框架的CAD描述文件中提取“物料清單”。基于這份清單，機器人中的計算機自動安排從供應商處訂購哪些部件，及如何將標準尺寸的鋼管切割到精確的長度。隨后，計算機會計劃最佳的焊接工序，并給出部件的最佳固定方式，來讓它們在焊接過程中保持穩定。
“噴火”還裝備了一部小型投影儀，讓它能夠直接將圖像和文字投射到框架上。這些圖像增強了實體的表現性，機器人能用它一步一步地引導道森·哈格蒂，來設置復雜的制造進程。道森·哈格蒂將所有的材料部件都放置到位——從事這些通常被認為是“苦力”的工作，人類其實是更好的選擇。因為這些相對較輕部件形狀多變，人類的手比機器人的機械臂更適合握住。
“噴火”還能使用激光位移傳感器來精確感知三維工作空間，并檢查確認所有部件都被正確地放置。利用投影儀和傳感器，它能用光在車框架上標注出精確的位置，并在焊接裝配過程中指引人類工作。
但兩位搭檔將需要焊接的部件安排好之后，“噴火”就接手進行快速的焊接工作。“噴火”不僅僅是一個動作極快的焊接工——完成一個5厘米的焊接只需5秒鐘，它的焊接技術也是超一流的。通常，在開始每一項焊接工作之前，專業焊接工要調整約20項重要的焊接參數。而“噴火”會測試這些試焊接的效果，并調節自身的設置來進行改進。可以說，這部機器人通過自學而成為了一名專業的焊接工。
但是“噴火”還不是完美的。在某些情況下，這部機器人無法完成一些特定的焊點，這時它會指引道森·哈格蒂過來幫忙，完成一些棘手的工作。
人類若能同機器人合作，工廠將不再需要耗時耗力地設置那些繁瑣的組裝線，可節省數十億美元的設備安裝費用。對暢銷產品進行改進也不是什么問題：人類與機器人搭檔，能為客戶設計、制造從電子設備到飛機的任何定制產品，而不需要進行昂貴的設備升級。這項技術將能讓企業迅速相應用戶需求，產品的更新周期將從數年縮短為數周。所以，我們需要認識到：未來，由機器人來領導工作團隊，而非僅僅從事生產，其效率可能會更高。
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