工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的角色

一、智能制造觀點(diǎn)（一）智能制造——科技化與工業(yè)化的連接通過考察近代工業(yè)制造的發(fā)展歷程可以獲得對(duì)智能制造概念的理解。通常將1784年定義為第一次工業(yè)革命的里程碑，這是因?yàn)樵摃r(shí)期蒸汽機(jī)誕生了（圖1）。在早于1784的50年前，另有一位英國工程師已發(fā)明了初期的蒸汽機(jī)。初期蒸汽機(jī)有許多效率方面的缺陷，也不易實(shí)現(xiàn)大量制造。后來出現(xiàn)了偉大的英國發(fā)明家，他把蒸汽機(jī)里的冷凝設(shè)計(jì)改善為分離式的結(jié)構(gòu)，大幅提升了蒸汽機(jī)的效率。瓦特同時(shí)也創(chuàng)新應(yīng)用了機(jī)械式的速度調(diào)節(jié)器，進(jìn)而能夠自動(dòng)控制蒸汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。這些技術(shù)上的突破使得蒸汽機(jī)被可靠地使用。另外，還得到了投資者的支持，大量制造使得成本降低，產(chǎn)生了新一代的蒸汽動(dòng)力引擎，帶動(dòng)了第一次工業(yè)革命。結(jié)合了工、技、貿(mào)，也就是“科技化”+“工業(yè)化”，奠定了工業(yè)時(shí)代成功的基礎(chǔ)。我們可以推論：一個(gè)成功的發(fā)展階段要?dú)w功于科技與工業(yè)的結(jié)合。同樣的，信息科技與工業(yè)化的結(jié)合會(huì)促進(jìn)智能制造的發(fā)展，這也是我國制造的核心。

圖1.工業(yè)制造發(fā)展歷程（二）大量制造模式之2.0，計(jì)算機(jī)邏輯控制之3.0在第二次工業(yè)革命中，大規(guī)模生產(chǎn)大幅度地提升了生產(chǎn)率，其基本模式為采用流水線來搭配以工業(yè)工程分工的生產(chǎn)技術(shù)。把生產(chǎn)制程拆分成多個(gè)工序，作業(yè)員在每個(gè)工序執(zhí)行重復(fù)單一的動(dòng)作，以提升整體的生產(chǎn)力。流水線提供了一個(gè)制造工序間傳輸?shù)耐緩?。例如，福特公司將這項(xiàng)技術(shù)與工業(yè)化一起用于底特律汽車制造，達(dá)到以較低的成本制造出數(shù)百萬計(jì)的汽車。第三次工業(yè)革命是由于計(jì)算機(jī)時(shí)代的來臨。計(jì)算機(jī)協(xié)助制造業(yè)的代表為1969年的可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller,PLC）。盡管當(dāng)時(shí)已有許多技術(shù)都結(jié)合了計(jì)算機(jī)與機(jī)器，但PLC使用簡(jiǎn)易、可靠性高，可以容易地進(jìn)行計(jì)算控制邏輯的編程。1969年，通用汽車（GeneralMotors）的Hydra-Matics部門擬定出早期控制器規(guī)范，當(dāng)時(shí)Modicon公司展示了梯形邏輯的編程方法，這被許多自動(dòng)化工程師所喜愛，另一位PLC創(chuàng)始人與其在Allen-Bradley公司的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合了當(dāng)時(shí)一家名叫3I的小公司，依據(jù)通用汽車的規(guī)格也研發(fā)出邏輯控制器，并且注冊(cè)了PLC的名稱（3I后來被Allen-Bradley公司收購，Allen-Bradley又被并購成為了RockwellAutomation）。Allen-Bradley當(dāng)時(shí)有遠(yuǎn)見地投資了自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，全力支持PLC發(fā)展成為一個(gè)堅(jiān)固、可靠且簡(jiǎn)單易用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。PLC推出后10年，到1979年，PLC已經(jīng)成為一個(gè)具有10億美元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。（三）工業(yè)4.0——云移物大智網(wǎng)+機(jī)器人2013年，德國工業(yè)4.0工作小組在漢諾威工業(yè)展會(huì)上提出了他們的工業(yè)4.0報(bào)告。2014年是第四次工業(yè)革命的開始，信息技術(shù)被引入制造業(yè)。在制造業(yè)中引入信息技術(shù)，有別于工業(yè)3.0的計(jì)算機(jī)化。信息化亦可描述為六大特點(diǎn)加上機(jī)器人作為代表。這六大特點(diǎn)為：云端、移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能分析和網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱為云移物大智網(wǎng)，即CMIDAN）（圖2）。CMIDAN代表著虛擬世界的智慧，再加上機(jī)器人的實(shí)體動(dòng)作就可以代表物理世界中實(shí)際完成任務(wù)的機(jī)制。CMIDAN和機(jī)器人技術(shù)共同對(duì)未來的智能制造產(chǎn)生更大的影響。這些沖擊而產(chǎn)生的工業(yè)化成果是由眾多智能制造相關(guān)從業(yè)者的共同努力而實(shí)現(xiàn)的，其在可見的未來還會(huì)持續(xù)不斷地獲得進(jìn)步。

圖2.六大信息化特點(diǎn)（CMIDAN）+機(jī)器人（來自于郭臺(tái)銘，富士康科技集團(tuán)）（四）智能制造的基本功傳統(tǒng)制造業(yè)者對(duì)于工業(yè)4.0及智能制造的實(shí)用性還是有些困惑。有些人也會(huì)問到如何去展開，以及投資是否可以回收，這些疑慮都是相當(dāng)自然的，也有些企業(yè)已經(jīng)走在前頭并積極地在制造環(huán)節(jié)導(dǎo)入智能技術(shù)。然而，新技術(shù)的導(dǎo)入是需要時(shí)間的，導(dǎo)入新技術(shù)時(shí)還需要把基本功準(zhǔn)備好，也要進(jìn)行內(nèi)部流程改造及組織調(diào)整來促進(jìn)實(shí)際效果，這些步驟可以簡(jiǎn)單地歸納為以下三點(diǎn)。1.一個(gè)共同追求——再工程化流程伴隨導(dǎo)入智能制造商業(yè)流程的再工程化是一套商業(yè)管理的策略，始于20世紀(jì)90年代，其旨在為了強(qiáng)效改善客戶服務(wù)及降低作業(yè)成本，而重新組織工作流程。智能制造的最終目的也同樣是用智能來改善客戶服務(wù)及降低成本。這就需要團(tuán)隊(duì)成員在共同追求的目標(biāo)引導(dǎo)下共事。針對(duì)目標(biāo)流程，利用CMIDAN進(jìn)行再工程化，有效益地建立智能制造。通常再工程化的流程包括采購端、組織端、設(shè)計(jì)端與質(zhì)量端來輔助制造及管理。分析與改造流程將涉及眾多部門去重新思考如何再次活化組織，減少不必要的內(nèi)部阻力、浪費(fèi)以及弊端，選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)竿項(xiàng)目作為推動(dòng)智能制造的示范，共識(shí)共事努力達(dá)到CMIDAN技術(shù)可以帶來的效益。2.兩個(gè)基本元素——有用的數(shù)據(jù)作為智能的起點(diǎn)、易用的分析協(xié)助邁進(jìn)智能化數(shù)據(jù)為構(gòu)成智能的基本元素。精確、有時(shí)效性的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。太多不能使用的數(shù)據(jù)會(huì)造成干擾，只是顯示數(shù)據(jù)不會(huì)產(chǎn)生價(jià)值，所以采集有效的數(shù)據(jù)是智能制造的基礎(chǔ)之一。數(shù)據(jù)要配合清晰的邏輯分析才有意義，工業(yè)實(shí)體分析還需要對(duì)基礎(chǔ)制程有所了解，分析工具若能方便使用，就會(huì)幫助使用者快速導(dǎo)出分析所要的算法。初步使用時(shí)可采用比較簡(jiǎn)易的算法，例如，統(tǒng)計(jì)及簡(jiǎn)單的控制演算使制造工程師獲得信心，并且認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)及分析的潛在價(jià)值，明確了解智能化的好處。在獲得足夠經(jīng)驗(yàn)后，就可以再探索和導(dǎo)入更復(fù)雜的人工智能分析工具。3.三個(gè)動(dòng)作——底層數(shù)據(jù)的聯(lián)結(jié)化、分析產(chǎn)生的行動(dòng)化、輔助設(shè)計(jì)的整合化制造系統(tǒng)的底層控制包括機(jī)器人、計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（computernumericalcontrol,CNC）、傳感器、爪與邏輯控制裝置，是主要的核心數(shù)據(jù)產(chǎn)出層。在工業(yè)3.0時(shí)期的工廠里，底層的許多機(jī)器已經(jīng)具備通信的能力，但相較于工業(yè)4.0系統(tǒng)，尚未達(dá)到大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及聯(lián)結(jié)的程度。在智能制造時(shí)代，數(shù)據(jù)產(chǎn)出及轉(zhuǎn)換的能力有大幅提升。這個(gè)核心層將會(huì)使用更多傳感器，如高分辨率影像（如8K影像）、力矩/扭距/慣性/觸覺/震動(dòng)傳感，進(jìn)而捕捉制程的動(dòng)作細(xì)節(jié)。在數(shù)據(jù)產(chǎn)出的核心層，數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議聯(lián)結(jié)來配合必須要做到的分析工作。第二個(gè)動(dòng)作是從數(shù)據(jù)的分析處理后，做出及時(shí)有效的行動(dòng)來產(chǎn)生實(shí)際的改善。如圖3中，控制的行動(dòng)體現(xiàn)在調(diào)校優(yōu)化生產(chǎn)流程，然后可以進(jìn)行預(yù)測(cè)故障來優(yōu)化生產(chǎn)流程。智能設(shè)備使用分析而產(chǎn)生行動(dòng)的一個(gè)例子是預(yù)測(cè)性保養(yǎng)，這可以減少設(shè)備潛在的故障率及增加整體稼動(dòng)率。產(chǎn)品的趨勢(shì)數(shù)據(jù)收集及分析目標(biāo)是達(dá)成生產(chǎn)零故障率，從核心層產(chǎn)生出的大量數(shù)據(jù)加上強(qiáng)力分析再加上及時(shí)有效的實(shí)際行動(dòng)來達(dá)到全面智能制造，處理大數(shù)據(jù)及進(jìn)行深入計(jì)算時(shí)可能需要云端計(jì)算。

圖3.增加智能以預(yù)測(cè)變化第三個(gè)動(dòng)作是使用計(jì)算機(jī)輔助工具來整合設(shè)計(jì)。宏觀的智能制造系統(tǒng)包含設(shè)計(jì)及制造規(guī)劃。設(shè)計(jì)工具的使用，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造/產(chǎn)品生命周期管理（CAD/CAM/PLM）系統(tǒng)工具，可協(xié)助保留技術(shù)能力、降低失誤及快速對(duì)工程變化進(jìn)行反應(yīng)。從生產(chǎn)中獲得的數(shù)據(jù)可以協(xié)助建立信息物理系統(tǒng)（cyberphysicalsystem,CPS）（虛實(shí)整合系統(tǒng)）用來改善下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造。制造的數(shù)據(jù)也可與制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturingexecutionsystem,MES）溝通，CAD/CAM/PLM與MES系統(tǒng)可整體性地由計(jì)算機(jī)輔助整合實(shí)際的智能制造系統(tǒng)。（五）工業(yè)自動(dòng)化逐步進(jìn)展工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的建立通常不是一步就能到位，而是要從初步模塊嘗試成功后，再經(jīng)歷數(shù)代的改善提升才能達(dá)到高性能、高可靠性的自動(dòng)化工廠。從每次提升中所獲得的知識(shí)再幫助整體自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終達(dá)到整廠自動(dòng)化。在開發(fā)一般自動(dòng)化設(shè)備時(shí)，也會(huì)先從一個(gè)單工站做起，有了制程經(jīng)驗(yàn)后延伸多個(gè)工站進(jìn)而連接成一條自動(dòng)化生產(chǎn)線，取得更高的生產(chǎn)效益，然后，多條自動(dòng)化生產(chǎn)線與自動(dòng)化物料輸送整合，構(gòu)成完整的生產(chǎn)樓層以達(dá)到“熄燈工廠”（lights-outfactory）的階段。這樣的模式也不會(huì)永遠(yuǎn)不變，持續(xù)地調(diào)整及優(yōu)化將會(huì)使得自動(dòng)化車間克服更多不同的新挑戰(zhàn)，向智能化邁進(jìn)，從而提升競(jìng)爭(zhēng)力。（六）柔性化、再利用、快速爬坡的挑戰(zhàn)在智能制造領(lǐng)域里，柔性化、設(shè)備再利用的能力以及應(yīng)對(duì)產(chǎn)能快速爬坡的挑戰(zhàn)會(huì)持續(xù)不斷地出現(xiàn)。所謂智能制造也就是要?jiǎng)?wù)實(shí)運(yùn)用智能化來解決各個(gè)階段產(chǎn)生的挑戰(zhàn)。在構(gòu)建工業(yè)3.0模式自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的做法是使用運(yùn)動(dòng)模塊，加上輸入/輸出傳感器以及驅(qū)動(dòng)器搭配PLC來達(dá)成自動(dòng)控制。在未來加入智能CMIDAN+機(jī)器人后，達(dá)到柔性化、設(shè)備再利用以及應(yīng)對(duì)快速爬坡的目標(biāo)。新的模式將會(huì)增加模塊的重復(fù)使用率，并減少非標(biāo)設(shè)計(jì)。模塊化可以提供智能的能力以及快速執(zhí)行所帶來的機(jī)會(huì)。工業(yè)機(jī)器人實(shí)質(zhì)就是柔性化模塊的代表，這對(duì)設(shè)備再利用以及應(yīng)對(duì)快速爬坡的挑戰(zhàn)是必然的趨勢(shì)。因此，CMIDAN技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合可以推動(dòng)智能制造，并進(jìn)一步擴(kuò)展到智能生活。二、工業(yè)界的機(jī)器人在智能制造中扮演的角色正如機(jī)器人之父所說的：“只能做一件事的自動(dòng)化機(jī)器并不代表機(jī)器人，機(jī)器人應(yīng)該具備處理工廠里廣泛任務(wù)的能力。”隨著控制、驅(qū)動(dòng)和傳感技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人可以處理的工作范圍不斷擴(kuò)大。但是，成功的應(yīng)用必須由經(jīng)濟(jì)學(xué)驅(qū)動(dòng)。（一）十年磨一劍，機(jī)器人需持續(xù)升級(jí)機(jī)器人之父與搭檔在1959年推出了世界上第一臺(tái)工業(yè)用機(jī)器人Unimate，用在美國新澤西州特倫頓（Trenton,NewJer-sey）的鑄鐵件工廠做上下料移載。這項(xiàng)新技術(shù)吸引了通用汽車(GeneralMotors）的注意，進(jìn)而其嘗試用機(jī)器人來進(jìn)行車身的點(diǎn)焊工作。這項(xiàng)應(yīng)用開發(fā)了10年之后，1969年，汽車行業(yè)首次大量導(dǎo)入17臺(tái)Unimate機(jī)器人用于美國俄亥俄州Lordstown的汽車工廠作車身點(diǎn)焊，這10年付出的努力終于達(dá)成了這個(gè)重要里程碑！后續(xù)也推廣到其他廠區(qū)。然而，業(yè)界的競(jìng)爭(zhēng)者也沒有停歇，12年之后，到了1981年，具備高機(jī)動(dòng)性與易維護(hù)的電動(dòng)馬達(dá)機(jī)器人已比油壓式的Unimtae更受歡迎。Unimate機(jī)器人最終在汽車點(diǎn)焊領(lǐng)域內(nèi)消失了。時(shí)至今日，汽車點(diǎn)焊行業(yè)門坎已提高，已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)系統(tǒng)性的產(chǎn)業(yè)。這樣的經(jīng)歷告訴我們，不能沉溺于產(chǎn)品初期的成功，所有行業(yè)都必須持續(xù)不斷地創(chuàng)新。即便是行業(yè)巨人，也只有不斷地進(jìn)步才能留在戰(zhàn)場(chǎng)上。（二）PUMA——一款隱退的機(jī)器人，延續(xù)了40年的老傳奇1977年，Engelberger收購了Vicarm，一家由VictorScheinman創(chuàng)立的公司，該公司生產(chǎn)由小型機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)器人手臂，并將其更名為UnimationWest。他進(jìn)一步將Vicarm的設(shè)計(jì)發(fā)展為一款機(jī)器人，命名為可編程通用機(jī)器裝配（programmableuniversalmachineforassem-bly,PUMA）。相較于Unimate，PUMA用的是電動(dòng)馬達(dá)及微電腦處理，其體積小且靈活，被試驗(yàn)用于組裝的制造過程。PUMA同時(shí)也與各類視覺系統(tǒng)及自動(dòng)流水線連接，執(zhí)行流水線追蹤與揀包的工作。這類機(jī)器人與視覺整合的智能應(yīng)用成為多年來機(jī)器人研究開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)課題。PUMA也成為教科書上機(jī)器人操作與控制的經(jīng)典范例，其運(yùn)動(dòng)學(xué)上的設(shè)計(jì)在往后的40年間仍然蔚為風(fēng)潮。雖然PUMA以其靈巧性及編程能力引領(lǐng)流行，但它在嘗試進(jìn)入組裝產(chǎn)業(yè)時(shí)，卻沒有達(dá)到最初的期望。與此同時(shí)，一個(gè)更簡(jiǎn)單、更便宜的機(jī)器人設(shè)計(jì)，即選擇柔性裝配機(jī)器手臂（selectivecomplianceassemblyrobotarm，SCARA）的機(jī)器人在實(shí)際產(chǎn)業(yè)中更有效地導(dǎo)入了。在日本，SCARA參與制造了大量錄像機(jī)（videocassetterecorder，VCR）播放器與汽車零件。在這里得到的教訓(xùn)是，在組裝行業(yè)中，自動(dòng)化的成本因素最為關(guān)鍵，額外智能雖然有好處，但是成本在實(shí)際組裝行業(yè)還是優(yōu)先考慮的因素。在當(dāng)今與未來的組裝應(yīng)用中，基本的成本因素依舊不變。此外，機(jī)器人的尺寸對(duì)小零件組件很重要——越小越好。機(jī)器人與人類并肩工作的想法最初被認(rèn)為是PUMA的應(yīng)用，盡管它當(dāng)時(shí)沒有成功?，F(xiàn)在協(xié)作機(jī)器人在體積、輕量、編程、安全與靈巧等方面都有提升，然而精益求精的組裝流程仍然是以更低的成本及更快的速度來達(dá)成更高的產(chǎn)出為目標(biāo)。組裝自動(dòng)化事實(shí)上仍然是個(gè)相當(dāng)有挑戰(zhàn)的知易行難課題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比許多人的評(píng)估還要有挑戰(zhàn)。對(duì)于機(jī)器人導(dǎo)入組裝的經(jīng)濟(jì)考慮還是大過機(jī)器人智能。（三）系統(tǒng)整合機(jī)器人感謝多年以來機(jī)器人領(lǐng)域的大學(xué)教育及相關(guān)教科書普遍化，使編寫程序語言及控制機(jī)器人的知識(shí)得以廣泛傳播。市面上也有眾多的開源程序與工具使控制機(jī)器裝置的門坎得以降低，但是能夠進(jìn)行機(jī)器運(yùn)動(dòng)與在工業(yè)界開創(chuàng)機(jī)器人事業(yè)之間存在著顯著差異。傳統(tǒng)的機(jī)器人企業(yè)已在服務(wù)端、應(yīng)用端、開發(fā)端、教育訓(xùn)練端建立聲望，并能夠與供應(yīng)鏈合作共同降低成本，這樣才有機(jī)會(huì)持續(xù)站穩(wěn)。機(jī)器人行業(yè)仍然需要搭配外圍的系統(tǒng)整合才有發(fā)揮空間，努力加入有特色的應(yīng)用功能才會(huì)有市場(chǎng)機(jī)會(huì)（圖4）。雖然系統(tǒng)整合機(jī)器人（system-integratedrobot,SIR）可能靈活性較低，但它們可以實(shí)現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人更高的產(chǎn)量和更低的成本，因此，SIR定位于專用機(jī)器和傳統(tǒng)機(jī)器人之間，旨在服務(wù)特定的應(yīng)用。

圖4.系統(tǒng)整合機(jī)器人（四）針對(duì)3C產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化機(jī)器人凡是與計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子相關(guān)的產(chǎn)品及服務(wù)皆可稱為3C產(chǎn)業(yè)。這是個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，有著大量設(shè)備及作業(yè)員需求。3C產(chǎn)業(yè)近代的成長(zhǎng)體現(xiàn)在智能手機(jī)的使用日益增加，智能手機(jī)從根本上改變了人們溝通交流的方式。從制造的觀點(diǎn)來看，智能型手機(jī)由背殼、前屏幕、印刷電路板（printedcircuitboard,PCB）和內(nèi)部零件組成。背殼材料由塑料發(fā)展到金屬，如鎂合金、鋁合金、不銹鋼、鈦合金，還有其他非金屬，如玻璃、藍(lán)寶石與玻纖材料。單就背殼的制程，從壓鑄出金屬原型到表面拋光處理，可包括上百個(gè)步驟。針對(duì)背殼制程的機(jī)器人自動(dòng)化還是在臟污、危險(xiǎn)、無聊（dirty,dangerous,dull，俗稱“3D”）的環(huán)境中使用。3C產(chǎn)業(yè)的一個(gè)特性就是生產(chǎn)期間快速地爬坡與快速下坡。這需要大量的設(shè)備制造能力及設(shè)備調(diào)配度以達(dá)到快速規(guī)劃、設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試及最終調(diào)機(jī)導(dǎo)入。典型的3C機(jī)器人應(yīng)用見圖5（a），現(xiàn)階段以及潛在的組裝作業(yè)應(yīng)用見圖5（b）。針對(duì)3C產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人的機(jī)會(huì)仍然會(huì)再持續(xù)增長(zhǎng)。

圖5.3C產(chǎn)業(yè)制程制造多樣式顯示屏的面板需要投入大量的資金。大多數(shù)的面板制程需要在無塵環(huán)境中執(zhí)行，用到高可靠性的設(shè)備及獨(dú)門的制程知識(shí)背景。制造面板的制程需要使用特殊定制化及高精度的設(shè)備，精密黏合玻璃與觸控面板，以達(dá)到生產(chǎn)力及可靠性的要求。PCB與表面貼裝技術(shù)（surfacemounttechnology,SMT）組件同樣也需要精密的設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。機(jī)器人的機(jī)會(huì)則存在于多樣且次要的上下料及物料輸送任務(wù)。（五）3C產(chǎn)業(yè)的3C需求組裝業(yè)一向被認(rèn)為是機(jī)器人應(yīng)用的巨大潛在市場(chǎng)。當(dāng)3C產(chǎn)品的需求數(shù)量上升，急需快速架設(shè)生產(chǎn)所需的流水線與工作制具，作業(yè)員按照工作流程的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（standardoperatingprocedure,SOP）執(zhí)行重復(fù)但有限的任務(wù)。這樣的量產(chǎn)模式是典型的工業(yè)2.0范例。工業(yè)3.0則包含了控制系統(tǒng)，但未完全將大部分組裝自動(dòng)化，如同汽車產(chǎn)業(yè)的終端組裝作業(yè)，至今仍然依靠著雙手在整潔的車間里組裝最終的汽車部件。這些組裝作業(yè)相當(dāng)依靠人工操作，可是當(dāng)作業(yè)員的需求數(shù)量增大，為了減輕招募作業(yè)員的壓力，導(dǎo)入自動(dòng)化的想法會(huì)不斷地產(chǎn)生，這就需要制造業(yè)者有智慧地進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃并投入開發(fā)。人工的優(yōu)勢(shì)在于靈巧性、快速的視覺/觸覺反饋以及彈性化，機(jī)器人組裝的挑戰(zhàn)很大，當(dāng)人工成本增加到某一階段，機(jī)器人應(yīng)用于組裝的優(yōu)勢(shì)將會(huì)明朗化。裝配廠面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是占地面積。隨著大量產(chǎn)品的生產(chǎn)，占地面積非常大。因此，自動(dòng)化和機(jī)器人系統(tǒng)必須緊湊以節(jié)省空間。裝配中機(jī)器人技術(shù)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是感官能力。人類工作者可以使用許多認(rèn)知能力，如視覺和觸覺，諸如此類的能力在裝配操作中的許多任務(wù)中是必需的。簡(jiǎn)單來說，3C產(chǎn)業(yè)的要求也可以用“3C”的形式概括：成本、緊湊和認(rèn)知。（六）移動(dòng)機(jī)器人及移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)航小車（automatedguidedvehicle，AGV）在工廠里協(xié)助運(yùn)送待組裝的部件及接受命令，執(zhí)行彈性的任務(wù)。當(dāng)產(chǎn)品或制程變換時(shí)，它們可以被再次編程并完成任務(wù)。這樣的特性可以將它們歸類為機(jī)器人，或更確切地稱之為移動(dòng)機(jī)器人（mobile

robot,

MR）。一個(gè)“熄燈工廠”通常會(huì)有一些移動(dòng)機(jī)器人或流水線協(xié)助搬動(dòng)產(chǎn)品及組件（圖6）。移動(dòng)機(jī)器人與自動(dòng)化生產(chǎn)線及主控機(jī)器人進(jìn)行連接，進(jìn)而達(dá)到溝通與協(xié)作，促使整體工廠自動(dòng)化。在這個(gè)情形中，移動(dòng)機(jī)器人成為了一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)（mobilerobotsystem,MRS），可以主持物流計(jì)劃、呼叫、排程與故障處理。不同的車間有不同的需求，這需要許多定制化來配合MRS。如同組裝自動(dòng)化，成本對(duì)工廠導(dǎo)入MR及MRS的意愿有很大的影響。MR及MRS尚有很大發(fā)展的空間。這也是個(gè)分布式的市場(chǎng)，有些是高端、高度功能性的系統(tǒng)，也有些是低端、精簡(jiǎn)的系統(tǒng)，所提供的服務(wù)與支持也是非常多樣化，從積極支持到完全不提供支持，這分布式的市場(chǎng)可能將會(huì)迎來更多的創(chuàng)新及商業(yè)模式。MR與MRS是在完善智能制造中自動(dòng)化機(jī)器人的重要伴侶。

圖6.智能工廠中的MR與MRS（七）工業(yè)機(jī)器人智能——分配式與連接式科幻小說與電影激發(fā)了人們對(duì)機(jī)器人的幻想，因其有高度智慧及類似人類的思考與行為。但是工業(yè)機(jī)器人是用來輔助制造，并不是為了達(dá)到單機(jī)的高智慧。單機(jī)智慧與分配式智能其實(shí)是不同的開發(fā)理念。雖然非常特殊的計(jì)算機(jī)或機(jī)器人可能能夠贏得國際象棋比賽或自動(dòng)駕駛汽車，但這并不代表工業(yè)機(jī)器人也必須往此智能模式方向發(fā)展。事實(shí)更像是Moravec的悖論：“使計(jì)算機(jī)在智力測(cè)試或玩跳棋時(shí)表現(xiàn)出成人級(jí)別的表現(xiàn)相對(duì)容易，但要展現(xiàn)出一歲兒童的認(rèn)知能力及機(jī)動(dòng)性就相對(duì)困難甚至不可能?！痹诠I(yè)機(jī)器人的應(yīng)用里，機(jī)器人在工廠執(zhí)行的任務(wù)是局限性的物理動(dòng)作，而不是高智慧的判斷。從科學(xué)家針對(duì)移動(dòng)步法所做的研究來看，工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作還是相對(duì)簡(jiǎn)單的。工業(yè)機(jī)器人的智能部分可以以“Agent”（“代理”）的方式來看，任務(wù)分配至控制系統(tǒng)的底層進(jìn)行處理，加上傳感器、視覺影像、邏輯控制與通信共同協(xié)作而達(dá)成底層級(jí)（或稱為核心層）的精簡(jiǎn)有效的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)里眾多的“代理”相互溝通進(jìn)而產(chǎn)生了一個(gè)群體智能。這個(gè)群體智能可以通過高速的串口通信連接，這樣在現(xiàn)實(shí)世界里才是工業(yè)機(jī)器人的智能。（八）在彩虹盡頭尋找黃金，面對(duì)殘酷的現(xiàn)實(shí)設(shè)備制程是從零組件供應(yīng)鏈、自動(dòng)化機(jī)器人、工廠車間，最后到使用者（圖7）。此過程像是一道絢爛的彩虹，吸引許多人對(duì)此行業(yè)關(guān)注并抱以期待。當(dāng)彩虹出現(xiàn)，愛爾蘭民間故事中的小精靈（Leprechaun）就會(huì)忙碌地把黃金藏在彩虹的盡頭，人們便汲汲營營地去尋找黃金。有些“黃金”也許存在于制造工廠與終端客戶之間，有些“黃金”也可能存在于零組件供應(yīng)鏈與自動(dòng)化系統(tǒng)整合之間?！皺C(jī)器人的彩虹假設(shè)”可以理解為：“智能能夠提升起機(jī)器人彩虹，使之又高又美，但是真正的黃金還是藏在彩虹的盡頭?！敝悄芤部梢蕴峁╃P子及工具協(xié)助挖掘“黃金”，這樣可能使“黃金”比較容易被尋獲。

圖7.彩虹盡頭的“黃金”（1）為了尋獲“黃金”，有些人希望找到機(jī)器人的“殺手級(jí)應(yīng)用”。但小精靈Leprechauns是調(diào)皮的，讓人們無法輕易地找到“殺手級(jí)應(yīng)用”。持續(xù)“耕耘”、技術(shù)開發(fā)及系統(tǒng)組件能夠幫助有效且成功地找到這些應(yīng)用，這樣才有可能接近隱藏的“黃金”。但是為了獲得真實(shí)的結(jié)果需要相當(dāng)多的持續(xù)努力。至于“殺手級(jí)應(yīng)用”可能不是“找”來的，而是要實(shí)際辛苦地“耕耘”才會(huì)領(lǐng)悟到。（2）對(duì)于智能制造與工業(yè)機(jī)器人來說，能夠協(xié)助解決制造過程中的問題是首