可根據(jù)食材的用量和狀態(tài)進行烹調(diào)的烤箱，還有可根據(jù)行情變動確切判斷股票買賣時機的算法交易，等等…。近年來，此類利用數(shù)據(jù)進行智能化運作的設(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。

可運用傳感器和AI，靈活完成工作的智慧機器人

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)格地完成各項工作。其優(yōu)點是即使在使用環(huán)境發(fā)生變化時，也不會進行預(yù)設(shè)以外的操作，但同時也存在無法靈活地隨機應(yīng)變的問題。當(dāng)然，即使是此類以往的設(shè)備，也具有能夠自動地進行迅速、正確工作的優(yōu)點，在很多方面可以說起到了足夠的作用。

而最近的智能設(shè)備和系統(tǒng)可自主地進行靈活應(yīng)對，其適用范圍已擴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)中工件的個體差異和作業(yè)質(zhì)量的上下波動等，自主地進行生產(chǎn)條件的調(diào)整，從而實現(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)機器人方面，這一智能化趨勢特別顯著。至今為止，工業(yè)機器人主要用于實現(xiàn)單調(diào)的重復(fù)作業(yè)以及對人工來說危險及辛苦作業(yè)的自動化。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，智能機器人取得顯著進步，其內(nèi)部可連續(xù)進行“信息收集”、“解析·識別”、“行動決定”和“機構(gòu)控制”4種任務(wù)（圖1）。

其中，在信息收集的過程中，一般是通過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·識別過程中，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)進行狀況判斷。換而言之，可以說智能機器人是一種高端的IoT系統(tǒng)。在下一步即行動決定的過程中，需要決定為了達(dá)到目的應(yīng)在怎樣的條件下進行機器人的操作。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的話，則與以用以往控制工業(yè)機器人的FA技術(shù)并無太大的區(qū)別。此外，還需要通過機構(gòu)控制，對驅(qū)動機器人的機械臂、機械手等可動部位的馬達(dá)進行必要的控制。

在半導(dǎo)體工廠，通過與生產(chǎn)管理系統(tǒng)聯(lián)動對機器人進行自主控制

今天，智能機器人在先進的工廠中承擔(dān)什么樣的工作，又帶來了什么樣的效果呢？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的工廠為例來進行介紹。

首先是半導(dǎo)體工廠。在半導(dǎo)體工廠內(nèi)，通過對硅晶片實施各類加工和處理，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，是已將生產(chǎn)線上的工序、作業(yè)的自動化和省人化推進至極限。這么做的目的，是因為如果讓人進入廠內(nèi)，那么人本身便會成為降低芯片成品率的主要原因。

近年來，在半導(dǎo)體行業(yè)，隨著設(shè)計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)市場需求和設(shè)計專業(yè)制造商的生產(chǎn)計劃，調(diào)整芯片制造的種類，即所謂變種變量生產(chǎn)。同時，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)往往會頻繁地發(fā)生步驟變更或裝置間搬運目的地的變更等，因此必須引進可根據(jù)生產(chǎn)品種變化，盡量減少人手介入，僅通過機器和系統(tǒng)便能靈活應(yīng)對的機制。

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行輸送

滿足此類要求的，正是智能機器人。在半導(dǎo)體工廠內(nèi)的不同工序間搬運中，一種被稱為AMHS*1的搬運用機器人（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展?fàn)顩r進行及時搬運的機制不可缺少。因此，在不同工序間搬運中所使用的AMHS的動作是與管理各工序處理及其條件、搬運等的MES*2聯(lián)動的，通過自主控制，使其能夠在理想的時機實施搬運作業(yè)。

*1AMHS是Automated MaterialHandling Systems的縮寫，翻譯為自動物料搬運系統(tǒng)，是AGV（無人配送車）的一種。一般來說，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)，是一種可實現(xiàn)生產(chǎn)線上的裝置及加工、處理對象狀態(tài)和動作可視化，為作業(yè)者提供幫助并進行決策支持的信息系統(tǒng)。在半導(dǎo)體工廠，很多情況下無需經(jīng)過人的判斷，而由信息系統(tǒng)自主地對機器人和裝置的動作條件進行調(diào)整和控制。

在汽車工廠，人和機器人協(xié)調(diào)完成組裝和檢查工序

下面再來看汽車工廠的情況。據(jù)說，目前每輛汽車的構(gòu)成零件達(dá)到約3萬件。在整車廠內(nèi)，經(jīng)過“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器人等。對于此類機器人來說，對其作業(yè)速度和準(zhǔn)確性的要求更高，往往超過對智能性的要求。

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)作機器人盡顯身手

另一方面，在組裝和檢查工序中，盡管目前機器人技術(shù)已得到高度進化，仍有部分作業(yè)必須依靠人手，因為其中部分工作需要對零件位置進行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，安裝時要求準(zhǔn)確的力度，或必須依賴人的感性進行檢查等。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)，也同樣需要進一步提高機器人的自動化水準(zhǔn)。并且，在這里往往利用可以與人共存，并協(xié)調(diào)作業(yè)的機器人，我們將其稱為協(xié)作機器人*3（圖3）。

*3所謂協(xié)作機器人，是指搭載了確保安全性能的機器人。無需準(zhǔn)備安全柵，也可與人在同一個工作現(xiàn)場共存，并與人進行連動作業(yè)。

近年來，協(xié)作機器人的進步非常顯著。目前，有些機器人已具備了可關(guān)注附近工作人員的操作進度狀況，并進行順利協(xié)調(diào)的功能。采用人力操作時，每個人的作業(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)一起工作的機器人的動作，使其與人的作業(yè)保持同步節(jié)奏。

我們預(yù)測，活躍在工廠中的機器人今后定會變得越來越聰慧吧。其發(fā)展主要得益于幾個方面，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)的進步等。智能機器人用電子零件和半導(dǎo)體的重要性，今后也定會日益提高。

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審核編輯 黃宇