充滿金屬氣息的流水線上,十幾個機械手齊齊舞動,霎時間火花四濺——是最典型的現代化汽車生產畫面,經常會被電視作為高科技的代表播出的那種。
以奧迪在德國的內卡蘇爾姆組廠為例,就擁有超過2500個工業機器人,其中有900個專門負責點焊作業,每天總共要處理超過1000臺商用車,每臺汽車的點焊大概有5000個,算下來這些點焊總共多達500萬個。 這么多機器加工的點焊,如何確保質量?與上下飛舞的機器人焊接場面不同,檢查的過程看起來卻很“笨”:每天將一輛汽車送到18位工程師的手上,用超聲波探測一點一點檢查焊接的質量。 如此鮮明的對比,恰恰體現了制造業傳統和未來的那條“分割線”。
全球車企都頭疼的問題,是這樣被解決的 之所以奧迪會選擇1000臺之中只抽1臺,并不意味著人們對于機器加工的完全信任,而是檢查的成本實在太高。1臺車就要18個專家,那1000臺車豈不是需要18000名專家。 在赤裸裸的數字面前,人們只能選擇投入更多前期建設、維護整個加工過程的穩定性,這也是為什么工廠中經常有造價昂貴(數百萬、數千萬)、恒溫恒濕防震的加工環境。 另外一方面,尤其是像點焊這樣加工數量眾多的加工項目,機器并沒有大家想象中的“靠譜”,假設每次點焊加工的失誤率僅為十萬分之一,但一臺車5000個加工點算下來,仍有5%左右的概率會出現失誤。 現實中的數據也很能說明問題,根據市場監管總局今年3月公布的數據,2019年因為車身質量問題,中國就召回了33萬輛乘用車。這個數字在全年超2000萬臺乘用車的總銷量中看起來只算很小一部分,但足以證明傳統汽車制造業在經過上百年的不斷進化之后,仍存在比較明顯的”天花板“。 汽車制造技術和能力止步”天花板“,再加上大環境因素的影響,讓整個汽車制造業挑戰重重。去年年底,以在美國建廠的福耀玻璃為采訪對象的Netflix紀錄片《美國工廠》,在中國互聯網上爆紅,引發了廣泛的討論。 拋開中美文化、企業管理制度這些最熱的話題,其實它很好地展現了全球汽車制造業當下面臨的一部分困境——制造業人工成本不再像之前那么容易下降,機器人技術不適用于所有場景、而且在生產力之外也帶來了新的挑戰。 開篇中奧迪所面臨的問題就非常典型,好在奧迪在一位神秘伙伴“神秘伙伴”的幫助下很快找到了解決方法:在加工過程中引入全新測量的數值,通過機器學習訓練算法,形成一整套全新的質量判定標準,邊加工邊做質量檢查。 這個解決方法聽起來簡單,但內在的創新實在不少,以新增的數據為例:工業機器人是智能化的,以往的質量監測數據往往來自它,例如點焊過程中位置是否精準,機器人是否運動出現故障等等。 相對應的,實際完成焊接動作的焊槍,卻是非數字化的,第一步改造的重點就是為這些焊槍加上控制器,并且接入網絡。 除了焊槍之外,解決方案中還引入了焊縫配置、焊接金屬類型、焊條健康狀況等數據,并利用AI最終找出下一步就是找出規律——如何才能確保焊接的質量。 從焊槍中收集而來的數據,與焊接后的人工檢查數據被一同輸入計算機,通過機器學習訓練算法的預測能力,增加其準確度。 單就這個解決方案而言,所需要的能力不小且復雜: 首先是加工設備焊槍的改造,需要在終端部署一定量計算力和網絡通信的能力; 其次是一條流水線上,數臺機器人共同作業時,各自數據采集、邊緣計算,最終再將結果匯總的能力; 最后是整體的運維統籌能力,所有機器人的數據在邊緣計算處理之余,還得匯總到一起,數據匯總的儀表板可幫助奧迪員工直觀查看數據,并且系統會在檢測到焊縫缺陷或潛在配置變化時提醒技術人員,以最大限度減少或消除缺陷。 協助奧迪完成這么大一個挑戰的伙伴不是別家,就是全球半導體業巨頭英特爾。在內卡蘇爾姆工廠進行的機器人升級,就是英特爾和奧迪在合作進行概念驗證(POC)試驗。 雖然只是一次試驗,但效果依舊十分明顯。奧迪的生產計劃、自動化和數字化負責人Michael H?ffner就專門表示,通過這次試驗,生產線上勞動力成本降低了30%到50%。 更為關鍵的是此次試驗的內容,完全可以作為一種基礎性技術,擴展到汽車生產的其他環節中去,如鉚接、涂膠和噴漆等等。 橫向拓展能力的基礎主要有兩點,一是英特爾打造工業互聯網時的硬件基礎,各種不同的工業解決方案都是運行在英特爾的X86處理器上,而英特爾X86處理器自身從邊緣到云計算的廣泛布局,讓其工業互聯網解決方案極具擴展能力。 另一方面在于英特爾在工業互聯網上的提前投入,在奧迪解決方案中,便使用了英特爾的“Industral Edge Insights(下文簡稱IEI)”軟件。這套軟件本身就著眼于工業中的各種場景,通過與英特爾自身靈活的硬件基礎結合,幫助客戶更快完成數據收集、存儲和分析,降低工業互聯網的門檻。
解決方案拓撲圖 仍以焊接這個任務為例,英特爾還和國內公司信捷點氣合作,研發了一款完全通過3D機器視覺實現的焊接解決方案,能夠完成很多以往非智能解決方案無法完成,必須依賴人工的焊接任務。
制造業的下一步,應該是什么樣子? 作為決定人類生活水平的前提,制造業的發展注定沒有終點只有更遠的遠方。這個不斷前進的過程中,最關鍵的是找到未來的核心趨勢。 日本在上世紀70、80年代瘋狂地將各種機器人技術引入了機械、電子、汽車為代表的制造業。時至今日,日本的機器人保有量雖持續下滑,但仍牢牢占據世界第二的位置。這背后所對應的就是日本對于制造業發展的判斷:
一是機器人在完成高精尖的制造任務時有先天優勢;
二是日本是全球少子化、人口老齡化最嚴重的國家,機器人可以極大幅度解決勞動力問題。
問題來了,從當下趨勢看,制造業未來的核心是什么? 傳統機械化主導的制造業發展已趨于完善,基礎的數字化手段開始往更高級、更系統的數字化階段邁進,而傳統死板的自動化手段應用場景始終受限,通過給計算機喂數據來實現編程的機器學習有望大規模應用。幾個點結合起來看,可以歸納為一句通俗易懂的話——機器注定將會在更多的制造場景和領域中,全面超越人工。 去年,富士康曾聯合億歐智庫、騰訊云共同發布了一份白皮書,其中提到中國制造業轉型升級,內里最關鍵的是要構筑卓越制造體系。 具體一點的內容包括精細化管理和決策、動態需求和資源規劃管理、柔性生產、全價值鏈的可追溯性等等。這些小的要點都需要強大的數字化能力支撐,例如動態需求和資源規劃管理,需要構建統一的數據治理體系,又比如長期被作為工業4.0代表的柔性制造,就需要多機協同的工業互聯網架構。 在這個過程中,英特爾扮演的角色,就是和自己的合作伙伴一起,將自己主導的軟硬件乃至更上層的生態,實打實地推廣到更多工業實際應用中去。
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原文標題:機器主宰工廠這件事,遠比你想的近
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