可根據(jù)食材的用量和狀態(tài)進(jìn)行烹調(diào)的烤箱，還有可根據(jù)行情變動(dòng)確切判斷股票買賣時(shí)機(jī)的算法交易，等等…。近年來(lái)，此類利用數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化運(yùn)作的設(shè)備和系統(tǒng)已得到普遍利用。其中，有些設(shè)備能夠作出與人類匹敵的高度判斷，甚而在某些應(yīng)用方法中已出現(xiàn)了超越人類工作能力的設(shè)備。

可運(yùn)用傳感器和AI，靈活完成工作的智慧機(jī)器人

以往的家電產(chǎn)品和信息系統(tǒng)僅能按照事先確定的順序和條件，嚴(yán)格地完成各項(xiàng)工作。其優(yōu)點(diǎn)是即使在使用環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，也不會(huì)進(jìn)行預(yù)設(shè)以外的操作，但同時(shí)也存在無(wú)法靈活地隨機(jī)應(yīng)變的問(wèn)題。當(dāng)然，即使是此類以往的設(shè)備，也具有能夠自動(dòng)地進(jìn)行迅速、正確工作的優(yōu)點(diǎn)，在很多方面可以說(shuō)起到了足夠的作用。

而最近的智能設(shè)備和系統(tǒng)可自主地進(jìn)行靈活應(yīng)對(duì)，其適用范圍已擴(kuò)展到至今為止依靠人手的工作領(lǐng)域。此類智能設(shè)備與系統(tǒng)的效果在制造業(yè)中特別顯著，可感知生產(chǎn)中工件的個(gè)體差異和作業(yè)質(zhì)量的上下波動(dòng)等，自主地進(jìn)行生產(chǎn)條件的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)可在高水準(zhǔn)上保持工作效率和質(zhì)量的智能工廠。

在工業(yè)機(jī)器人方面，這一智能化趨勢(shì)特別顯著。至今為止，工業(yè)機(jī)器人主要用于實(shí)現(xiàn)單調(diào)的重復(fù)作業(yè)以及對(duì)人工來(lái)說(shuō)危險(xiǎn)及辛苦作業(yè)的自動(dòng)化。但由于與以往的很多設(shè)備一樣缺乏作業(yè)的靈活性，所以其用武之地也十分有限。今天，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)能夠?qū)嵤┮酝蛐枰`活性而不得不依靠人手完成的各類作業(yè)。

近年來(lái)，智能機(jī)器人取得顯著進(jìn)步，其內(nèi)部可連續(xù)進(jìn)行“信息收集”、“解析·識(shí)別”、“行動(dòng)決定”和“機(jī)構(gòu)控制”4種任務(wù)（圖1）。

其中，在信息收集的過(guò)程中，一般是通過(guò)攝像頭和傳感器等收集周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)乃至生產(chǎn)系統(tǒng)的信息等。在解析·識(shí)別過(guò)程中，則根據(jù)已收集的數(shù)據(jù)，利用人工智能（AI）等高端的信息處理技術(shù)進(jìn)行狀況判斷。換而言之，可以說(shuō)智能機(jī)器人是一種高端的IoT系統(tǒng)。在下一步即行動(dòng)決定的過(guò)程中，需要決定為了達(dá)到目的應(yīng)在怎樣的條件下進(jìn)行機(jī)器人的操作。在此階段之后，如能夠根據(jù)所收集到的信息，正確地決定所需行動(dòng)的話，則與以用以往控制工業(yè)機(jī)器人的FA技術(shù)并無(wú)太大的區(qū)別。此外，還需要通過(guò)機(jī)構(gòu)控制，對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械臂、機(jī)械手等可動(dòng)部位的馬達(dá)進(jìn)行必要的控制。

在半導(dǎo)體工廠，通過(guò)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行自主控制

今天，智能機(jī)器人在先進(jìn)的工廠中承擔(dān)什么樣的工作，又帶來(lái)了什么樣的效果呢？下面將以半導(dǎo)體工廠和汽車工廠，也就是廠內(nèi)要求工作內(nèi)容完全不同的兩種先進(jìn)的工廠為例來(lái)進(jìn)行介紹。

首先是半導(dǎo)體工廠。在半導(dǎo)體工廠內(nèi)，通過(guò)對(duì)硅晶片實(shí)施各類加工和處理，生產(chǎn)繪有精細(xì)復(fù)雜的電路圖的芯片產(chǎn)品。半導(dǎo)體工廠的特點(diǎn)，是已將生產(chǎn)線上的工序、作業(yè)的自動(dòng)化和省人化推進(jìn)至極限。這么做的目的，是因?yàn)槿绻屓诉M(jìn)入廠內(nèi)，那么人本身便會(huì)成為降低芯片成品率的主要原因。

近年來(lái)，在半導(dǎo)體行業(yè)，隨著設(shè)計(jì)和制造的水平分工化的發(fā)展，產(chǎn)品制造往往委托可生產(chǎn)各類芯片的企業(yè)來(lái)承擔(dān)，這類企業(yè)被稱為foundary（鑄造廠）。在鑄造廠中，可根據(jù)市場(chǎng)需求和設(shè)計(jì)專業(yè)制造商的生產(chǎn)計(jì)劃，調(diào)整芯片制造的種類，即所謂變種變量生產(chǎn)。同時(shí)，由于每種制造芯片的加工和處理的順序和條件均可能有所不同，工廠內(nèi)往往會(huì)頻繁地發(fā)生步驟變更或裝置間搬運(yùn)目的地的變更等，因此必須引進(jìn)可根據(jù)生產(chǎn)品種變化，盡量減少人手介入，僅通過(guò)機(jī)器和系統(tǒng)便能靈活應(yīng)對(duì)的機(jī)制。

圖2在MES的管理和控制下，向符合各芯片制造流程的工序進(jìn)行輸送

滿足此類要求的，正是智能機(jī)器人。在半導(dǎo)體工廠內(nèi)的不同工序間搬運(yùn)中，一種被稱為AMHS*1的搬運(yùn)用機(jī)器人（圖2）大顯身手。為了最大限度地提高半導(dǎo)體工廠的生產(chǎn)效率，可根據(jù)生產(chǎn)日程和各工序處理進(jìn)展?fàn)顩r進(jìn)行及時(shí)搬運(yùn)的機(jī)制不可缺少。因此，在不同工序間搬運(yùn)中所使用的AMHS的動(dòng)作是與管理各工序處理及其條件、搬運(yùn)等的MES*2聯(lián)動(dòng)的，通過(guò)自主控制，使其能夠在理想的時(shí)機(jī)實(shí)施搬運(yùn)作業(yè)。

*1AMHS是Automated MaterialHandling Systems的縮寫，翻譯為自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)，是AGV（無(wú)人配送車）的一種。一般來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)可沿著工廠天花板上設(shè)置的軌道，將收納FOUP即單批晶圓的箱子吊起，并搬運(yùn)到目的地。

*2MES是Manufacturing Execution System的縮寫，翻譯為制造執(zhí)行系統(tǒng)，是一種可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的裝置及加工、處理對(duì)象狀態(tài)和動(dòng)作可視化，為作業(yè)者提供幫助并進(jìn)行決策支持的信息系統(tǒng)。在半導(dǎo)體工廠，很多情況下無(wú)需經(jīng)過(guò)人的判斷，而由信息系統(tǒng)自主地對(duì)機(jī)器人和裝置的動(dòng)作條件進(jìn)行調(diào)整和控制。

在汽車工廠，人和機(jī)器人協(xié)調(diào)完成組裝和檢查工序

下面再來(lái)看汽車工廠的情況。據(jù)說(shuō)，目前每輛汽車的構(gòu)成零件達(dá)到約3萬(wàn)件。在整車廠內(nèi)，經(jīng)過(guò)“壓制”、“焊接”、“噴涂”、“組裝”、“檢查”5道工序，將多種多樣的部件、材料進(jìn)行復(fù)雜而準(zhǔn)確的組裝，完成車輛的生產(chǎn)，并且每道工序都利用各類不同的機(jī)器人。

在5道工序中，壓制、焊接和噴涂3道與半導(dǎo)體工廠同樣已實(shí)現(xiàn)了省人化。其原因在于工作中所使用的材料往往很重，或有可能使人受到有害氣體和藥品的傷害。因此，在這些工序中往往使用大型且操作敏捷的多軸機(jī)器人等。對(duì)于此類機(jī)器人來(lái)說(shuō)，對(duì)其作業(yè)速度和準(zhǔn)確性的要求更高，往往超過(guò)對(duì)智能性的要求。

圖3在汽車工廠的組裝、檢查工序中，能夠與人協(xié)調(diào)作業(yè)的協(xié)作機(jī)器人盡顯身手

另一方面，在組裝和檢查工序中，盡管目前機(jī)器人技術(shù)已得到高度進(jìn)化，仍有部分作業(yè)必須依靠人手，因?yàn)槠渲胁糠止ぷ餍枰獙?duì)零件位置進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，安裝時(shí)要求準(zhǔn)確的力度，或必須依賴人的感性進(jìn)行檢查等。但由于并非所有的作業(yè)都需要依賴人手，因此為了提高作業(yè)效率、提高品質(zhì)，也同樣需要進(jìn)一步提高機(jī)器人的自動(dòng)化水準(zhǔn)。并且，在這里往往利用可以與人共存，并協(xié)調(diào)作業(yè)的機(jī)器人，我們將其稱為協(xié)作機(jī)器人*3（圖3）。

*3所謂協(xié)作機(jī)器人，是指搭載了確保安全性能的機(jī)器人。無(wú)需準(zhǔn)備安全柵，也可與人在同一個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)共存，并與人進(jìn)行連動(dòng)作業(yè)。

近年來(lái)，協(xié)作機(jī)器人的進(jìn)步非常顯著。目前，有些機(jī)器人已具備了可關(guān)注附近工作人員的操作進(jìn)度狀況，并進(jìn)行順利協(xié)調(diào)的功能。采用人力操作時(shí)，每個(gè)人的作業(yè)熟練程度、身體狀況和疲勞程度都可能成為影響工作效率的因素。因此，為了提高工序內(nèi)的作業(yè)效率，必須協(xié)調(diào)一起工作的機(jī)器人的動(dòng)作，使其與人的作業(yè)保持同步節(jié)奏。

我們預(yù)測(cè)，活躍在工廠中的機(jī)器人今后定會(huì)變得越來(lái)越聰慧吧。其發(fā)展主要得益于幾個(gè)方面，包括數(shù)據(jù)收集的傳感器技術(shù)、能夠在裝置和設(shè)備之間進(jìn)行信息共享的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、乃至AI等高度信息處理技術(shù)的進(jìn)步等。智能機(jī)器人用電子零件和半導(dǎo)體的重要性，今后也定會(huì)日益提高。

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審核編輯 黃宇