機器人市場爆發(fā)從行業(yè)應用落地開始。目前，智能制造仍是機器人最主要的應用領域之一，而智能制造實現(xiàn)的難點和核心是智能工廠。7月8日，2023智能機器人產業(yè)發(fā)展論壇在世界人工智能大會同期舉行。論壇以“ ‘智’在新變局”為主題，西安交通大學教授姜歌東受邀出席，以“從智能工廠看移動機器人”為主題，分享了移動機器人如何打通智能工廠的物理與信息連接，提高工廠良品率和生產效率，降低了勞動力成本，為工廠智能化提供支撐。
西安交通大學教授姜歌東
以下為姜歌東演講內容實錄：
首先感謝2023世界人工智能大會邀請我來對我智能工廠和機器人技術的一些理解給大家來做分享。
前面兩位主任都對機器人和人工智能技術在工作中的影響以及跨界創(chuàng)新做了一個非常精彩的報告。我的工作是局限于智能工廠，也就是制造業(yè)。
我的整個匯報分為四個部分：
一、背景和意義
大家先了解一下智能工廠應用機器人的背景。大家知道制造業(yè)是我們國家的基礎產業(yè)，也是國家發(fā)展的一個重要支柱，制造業(yè)競爭有三方面的因素：能源、效率、勞動力。到2015年，我們國家的能源、效率、勞動力成本之和接近美國，因此我們可以認為我國制造業(yè)從人口優(yōu)勢、能源優(yōu)勢、土地優(yōu)勢2015年不再有這種優(yōu)勢，制造業(yè)競爭尤其激烈。
激烈的競爭是國家低端制造業(yè)走到盡頭，現(xiàn)在是高端化制造，一個是產品高端化，一個是制造過程的高端化。所謂產品的高端化制造業(yè)面向的產品包括高鐵、大飛機、3C制造業(yè)、晶圓制造;所謂制造過程的高端化機器人技術、自動化技術、智能生產線、智能技術在制造業(yè)中得到了廣泛的應用。
高端制造業(yè)也就是現(xiàn)代的制造業(yè)有一些特殊需求，比如說制造過程需要高效高質量，效率和質量是制造過程最基礎的要求，還有綠色和環(huán)保，因為大家生活在良好環(huán)境中，綠色環(huán)保的治保也是一個基本要求。為了適應個性化定制需求，現(xiàn)在制造業(yè)中多品種混線制造方式廣泛出現(xiàn)，包括汽車制造業(yè)，還有3C制造業(yè)，以及電池制造業(yè)中。
除此之外，在制造過程當中大批量的時間限定交貨期，使得訂單賣動現(xiàn)象很明顯。有的時候工廠訂單非常緊，有的時候就沒有訂單了。除此之外，隨著勞動力成本的提高和培訓成本的提高，合格的勞動者在制造業(yè)中是比較缺乏的。
除此之外，作為制造企業(yè)希望任何一個產品制造都能夠是有理論的，即便是單個產品也希望有理論。所以，希望產品制造的成本要盡量低。因此，這就對制造系統(tǒng)提出了一個“快速響應、柔性定制”的要求。
在這種需求的基礎上，我們的制造方式從傳統(tǒng)的“人+制造裝備”變成了“人+信息系統(tǒng)+制造設備”。
對于“人+信息系統(tǒng)+制造設備”方式，由于強調了信息系統(tǒng)的智能控制、智能決策、智能信息交互，就構成了一個新型的智能制造方法。所以可以看到對智能制造而言，智能信息系統(tǒng)具有智能控制、智能決策和智能信息交互的信息系統(tǒng)是智能制造最核心的一個部分。
隨著通信技術和移動互聯(lián)技術的發(fā)展，使得制造要素隨時隨地可以獲得。在我們離散制造過程當中所有單元可以泛在感知，移動互聯(lián)使得制造過程中的智慧技術可以在時間和空間上非常方便的獲取，而且隨著通訊從3G到5G的發(fā)展，它的接入速率越來越快，而且接入過程是零延時的，為制造業(yè)做5G提供了基礎。
在萬物互聯(lián)形成的整個人工智能基礎上，我們要實現(xiàn)智能制造還有一個很重要的要獲得大數(shù)據(jù)。有的大數(shù)據(jù)需要人工智能的工具基于云計算，因此物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的發(fā)展為智能應用提供了廣泛的良好基礎。
綜上所述，一個智能制造系統(tǒng)由工業(yè)云、智能工廠組成，這又回到了今天的主題“智能工廠”，是對智能過程的協(xié)作工作，而工業(yè)云主要負責制造系統(tǒng)中系統(tǒng)內部資源管理、協(xié)作、供應，得到制造的大數(shù)據(jù)，得到行業(yè)的支持，最后提供整個智能制造系統(tǒng)的一個解決方案。
因此，在智能制造系統(tǒng)中，智能工廠是最核心的一個部分和難點。智能工廠希望能夠對整個制造過程進行全域感知、全局協(xié)同、全限智能。
因此，我們可以歸納一下對于智能工廠而言有三個特點：一是用工業(yè)機器人搬運小車還有傳輸線，從物理象離散系統(tǒng)連接在一起，打通了物質流;二是用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將自動化設備的數(shù)據(jù)相連，打通了整個制造過程中的數(shù)據(jù)流;三是用智能分析(人工智能)代替人的決策，實現(xiàn)智能決策。
這就是智能工廠的三個特征。我們可以看到移動機器人是打通智能工廠物質流的一個很重要的利器。因為在智能工廠打通搬運小車傳輸線從根本可以移動機器人方式來解決。
二、智能工廠中的移動機器人技術
這部分分享一下關鍵技術和移動機器人技術。首先回顧一下移動機器人，因為要完成一些作業(yè)和操作。
移動操作機器人整體分為兩類：導軌式操作機器人、輪式移動操作機器人。導軌式是利用輪子、導軌、齒條進行機器人的移動，定位精度準，運行速度快，有效負載大，在焊接、鑄造、機械加工、智能倉儲、汽車、航天等鋼也制造中得到了廣泛的應用;輪式移動操作機器人，有一個輪式底盤，搭載了協(xié)作機器人，不需要輔助導軌，它的精準稍微差一些，載重能力差一點，主要用于不同工位的物料運輸、長距離的抓取檢測等。
自動移動操作機器人是一類新型的機器人，是有底盤的移動操作機器人，我們稱之為“手、眼、腳”三項功能于一體的機器人。
所謂“手”就是加持器、六字U度(音)的機械臂;所謂“腳”是移動機器人平臺;所謂“眼睛”，包括激光雷達、深度視覺都是用于定位導航和避障，因此所謂眼就是工業(yè)相機，用于識別它的要抓取的作業(yè)物品。
自主移動操作的機器人打通智能工廠物質流一個很重要的工具，它可以實現(xiàn)從備料倉到生產線，從生產線到生產倉的物料轉運，也可以實現(xiàn)生產線中不同基臺的上下料，以及不同基臺之間的物流搬運。
目前，這種自主移動機器人架構形式可以有“移動底盤+滾筒”“移動底盤+機械臂”“移動底盤+料倉”，所以它的結構形式可以是非常豐富的。
對于自主移動操作機器人來說整體技術架構是分為三個部分：移動底盤部分，可以是中型、輕型、大型、室外移動機器人;信息采集與執(zhí)行部分，主要機械臂，信息采集包括了相機、傳感器、監(jiān)測視頻等;信息處理決策部分，包括頭部導航SLAM系統(tǒng)、視覺感知系統(tǒng)、單機控制技術。
在這三項技術支持下，機器人就具有單機自主的移動能力和執(zhí)行操作的能力。
信息處理與決策單元除了單機移動和執(zhí)行能力外，還有多機調度與管理能力。
對于自主移動操作機器人來說，信息處理和決策系統(tǒng)是能夠和工廠中的業(yè)務系統(tǒng)，包括MES系統(tǒng)、ERP、WMS系統(tǒng)進行互相連接，這就又為移動操作系統(tǒng)打通整個制造過程中的信息流提供了一個很有效的工具。
下面說一下移動操作機器人關鍵技術。
1.動態(tài)目標定位與監(jiān)測技術。
2.自主定位與導航技術。是自主移動的機器人，所以通常在硬件底盤配備了360度的激光雷達可以進行見圖定位導航功能。除此之外還帶有深度視覺、立體視覺，可以實現(xiàn)整個三維避障。在末端配有高精度的輔助定位裝置。
3.視覺識別及操作技術。包括了點云獲取處理，要作業(yè)物體識別、機器人手眼標定、物體抓取策略，以及目標操作的內容規(guī)劃技術。如圖可以進行作業(yè)要求自主識別物體，進行抓取。
4.安全協(xié)同控制技術。我們知道移動操作機器人應用的時候很多時候跟人打交道，所以機器人必須具有柔順化操作的能力，能夠跟人在共同工作中對人不會造成傷害。作為一個自主移動操作機器人會有底盤，上面是機械臂，底盤和機械臂之間有分配協(xié)調控制也是移動操作機器人的一個關鍵技術。
5.多機器人調度技術。因為在工廠中通常情況下會用到多個自主移動的機器人來進行物流運輸，因此需要機器人的控制系統(tǒng)、管控系統(tǒng)能夠根據(jù)任務分配最優(yōu)的機器人，并且制定最優(yōu)的機器人。
6.5G無線通信技術。可以自由工作的時候，它會根據(jù)不同類型設備，包括倉儲設備、制造設備、測量設備進行信息交互，因此對整個無線通信技術提出了很高要求，5G技術有實時性好等優(yōu)點。
三、移動機器人在智能工廠的應用實例
1.發(fā)動機組裝生產線物流。節(jié)拍要求高轉運距離長，物料重量大。為了解決這個問題，我們的解決方案用了三臺移動操作機器人，既能實現(xiàn)內裝托盤轉運，也能實現(xiàn)外裝運發(fā)動機的轉運，將原有5分鐘縮短到2分鐘，而且比傳統(tǒng)方案成本減少了一半。由于24小時不間歇工作，所以產能減少了一半。
2.耳機的SMT生產線物流。可以與制造系統(tǒng)的MES系統(tǒng)、倉庫管理進行通訊，實現(xiàn)三條SMT產線的物流配送。
3.半導體晶圓制造物流。我們知道半導體分為前、后工藝，作為一個晶圓生產完成在過程當中反復投入，所以一個晶圓制造會有超過1000道的工序。所以物料需要在不同機臺進行上下料，所以物流運輸量非常大。而且要求是Claas-1的無塵車間，即便人穿著防護服也沒有辦法防止污染，因此希望用無人化移動操作機器人來代替人進行搬運。
1)在全球某知名晶圓廠中采用了8寸晶圓盒的無人化轉運和上下料，采用了優(yōu)艾智合Trans-OW8晶圓搬運機器人，移動靈活、位精度高、適用于全局部署。潔凈等級滿足Class-1，移動時震動數(shù)值低比人搬運時低很多。采用了無人搬運和上下料理之后，趨勢減少了操作人員，而且提高了電子料價的利用率，節(jié)省人力成本，每年能達到300萬元。
2)國內某分離器件電子元器件行業(yè)頭部公司：黃光一體化車間自動化物流。
我們用了7臺移動操作機器人完成了為“印刷、曝光、顯影”三大工藝段的單日672日次的物料轉運，節(jié)約了16名工人，提升了綜合良品率。因為黃光一體化車間設備是4000伏的高壓，所有一般加工之后需要靜置4小時，人工不能進去，所以用自主移動操作機器人上下搬運是解決了能耗問題，整個效率可以提升很多。
3)全球規(guī)模領先的軌道交通裝備供應商：晶圓高壓離子注主車間的料配送。離子注入車間實現(xiàn)無人化車間改造，完成晶圓盒配送和機臺自主上下料，滿足車間7×24小時的連續(xù)生產需求，應用晶圓搬運機器人之后，產能提升150%。
4)國內某半導體企業(yè)工廠：封裝車間的整體物流。采用頂升機器人轉運彈夾，移動操作機器人OM-T12完成機臺上下料。解決工廠無人化生產，實現(xiàn)彈夾、整體托盤在烤箱、料架及各個機臺的自動轉運和上下料。24小時連續(xù)作業(yè)，解放勞動力;實時反饋運輸過程的物流數(shù)據(jù)，打通工廠信息流。
四、總結
1.以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為依托的智能制造是制造業(yè)發(fā)展的大趨勢，智能工廠是智能制造的核心。
2.移動機器人是打通智能工廠物質流、信息流，實現(xiàn)智能制造的關鍵設備。
3.智能能工廠中的移動機器人關鍵技術包括：動態(tài)目標檢測及跟蹤技術、自主定位與導航技術、視覺識別及抓取技術、安全協(xié)同控制技術、多機器人調度技術、5G無線通信技術。
4.移動機器人在智能工廠物流系統(tǒng)中的應用，提高了良品率和生產效率，降低了勞動力成本。
謝謝大家。
（智能網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場實錄整理）
