借助人工智能(AI),西門子的研發人員開發出了一種雙臂機器人,無需編程即可用于產品制造。機器人手臂能自主分工協作。
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“咔嗒”一聲,一只機械手將一個灰色部件準確卡入導軌。手臂縮回去抓住另一個部件,這次是為了將其放在*佳位置,轉交給另一只手臂,這樣得以協調組裝控制柜。西門子中央研究院近日在慕尼黑演示了雙臂機器人的一部分:雙手協調操作。機器人系統是未來制造業的一個關鍵要素——它代表著工廠完全自主控制生產的未來。
自動化系統領域專家:來自西門子中央研究院的Kai Wurm(中)和Georg von Wichert(右)正在觀察雙臂機器人的行為。
實現經濟的“單件定制化生產”
在某種程度上,自主控制在大批量生產中已經成為現實,正如西門子德國安貝格的數字化工廠所展示的那樣。安貝格工廠生產Simatic可編程邏輯控制器,實現了75%的自動化程度和99.99885%的質量合格率。不過,這些部件都是大批量生產的。每年有1200萬件Simatic控制器發往全球各地的6萬多個客戶。因此,大批量生產已經成為現實。現在制造業更為需要的是超越基本的自動化,以自主執行任務的能力支持小批量、多品種生產,從而滿足用戶日益增長的定制化需求。傳統自動化目前仍無法支持“單件定制化生產”實現盈利。
在西門子中央研究院,Kai Wurm博士和Georg von Wichert博士率領的團隊致力于自主系統的研究,并成功解決了這個問題。Wurm指出:“我們的雙臂智能機器人原型證明,經濟劃算的‘單件定制化生產’是可以實現的。將來,機器人將不再需要花費大量時間進行成本高昂的編程,不再需要僅能實現固定組裝操作的冗長代碼。我們只需要指定任務,系統就會自動將這些指令轉換成程序。”
過渡到語義信息
Wurm表示:“我們只需告訴機器人,把某個部件安裝到導軌上,它就會執行這個操作。”作為一個簡化的例子,這項任務描述了 “單件定制化生產”的內涵。其中涉及加工或組裝含有不同部件的多樣化產品。機器人從關聯的軟件模型中獲取制造產品的相關信息。傳統的機器人無法理解這種CAD/CAM(計算機輔助設計和制造)模型,但新的機器人原型可以做到。從某種意義上說,這就好像機器人能夠理解不同的語言,從而不必對其運動和工藝進行編程。
為此,機器人逐層拆分任務,如將“組裝”這一總命令拆分為“拾取”和“遞交”等可執行動作,直到機器人*終移動手臂或張開抓手。機器人能自己決定哪個手臂應該執行哪項任務。為做到這一點,開發人員賦予機器人將信息從產品開發軟件提取到語義層的能力。
重大目標:Georg Wichert(左)和Kai Wurm開展的研究證明,經濟可行的單件生產是可以實現的。
Wurm指出:“產品部件和工藝信息在語義層面被轉換成知識本體和知識圖表,將原本隱含的信息清楚表達出來。到目前為止,對于將X部件卡入Y導軌這樣的任務,人們必須以代碼的形式教給機器人。不過,我們的原型機器人會自己分析問題并找到相應的解決方案。”
在西門子原型的演示中,機器人手臂右側的顯示器上以非常簡化的形式展示了這一過程。顯示器顯示兩行色塊,每個色塊都帶有例如“組裝”(左欄)和“拾取”(右欄)等詞。這些色塊以類似滾動網頁的方式向上移動。色塊描述每個組裝步驟。在左邊的顯示器上,屏幕顯示機器人手臂在生產過程開始時接收到的信息,包括周圍區域及主體的3D描述。在演示系統上方另有兩個屏幕,展示機器人手臂通過集成攝像頭看到的畫面。
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向自糾正系統邁進
西門子中央研究院的原型系統還有糾錯功能,不必事先預設錯誤(之前不知道會有錯誤發生,所以糾錯沒有被事先告知是一種選項)。例如,如果一個部件滑落,只要它在攝像頭的視野內,機器人手臂就能夠找到該部件。然后,手臂將拿起部件并調整所有后續動作,并正確安裝。如果部件安裝在另一側,該手臂會把部件交給另一只手臂。這些突破性的開發成果是“公司核心科技(Company Core Technology)——自動化未來項目”的一部分,CCT使西門子能夠專注于關鍵創新領域,如“數字化雙胞胎”、人工智能和增材制造。
當然,組裝控制柜只是一個開始。西門子開發人員設想的是自組織的生產設施,可以響應自主改變的生產要求,不斷優化操作,并充分利用互相協助的機器人。這些設施將是革命性的進展,即可自我饋送設計數據、糾正錯誤并自行計算所有動作和行為的系統。Wurm表示:“很多其他研究人員正試圖解決這個問題,但市場上的產品都不如我們所開發的。”