2020年恰逢浦东开发开放30周年,为更好发挥浦东新区“王牌”作用,凝聚起广大新的社会阶层人士的智慧和力量,浦东新区创新创业人员联谊会围绕“中国芯”“智能造”“创新药”“蓝天梦”“未来车” “数据港”六大硬核产业集群,于9月起推出“科创新动力大讲堂”项目,邀请相关学界、产业、投资专家解析行业发展趋势,并在9月的首场“中国芯”主题论坛上取得了圆满成功。本次“智能造”主题论坛为“科创新动力大讲堂”系列讲座的第二场活动,新站点作为指定媒体将持续分享论坛精彩内容,敬请关注!
本期嘉宾—杨跞
杨跞博士,高级工程师,新松机器人自动化股份有限公司副总裁,中科新松有限公司总裁。1999年进入新松集团,现负责新松机器人集团在上海的国际总部——中科新松有限公司的统筹运营工作。领导中科新松有限公司完成数十款新产品的技术攻关及研发工作,包括双臂机器人、等多个国内首台机器人产品技术研发,开拓华南、华东等重点区域市场。
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第 一 部 分
引 言
杨跞:很高兴在今天“科创新动力大讲堂”,跟大家一起分享我们对于智能制造的一些理解。今天这个报告题目的名字叫“人机共融 · 智能制造的一种新的模式”,这是目前我们新松在产业方向最关注的一个点。
第 二 部 分
定 义 制 造
杨跞:我们既然提到智能制造,不得已要对制造这个方式做一个定义,一般大家提到的多数情况下叫离散制造,就是零部件通过工序的流转,最终形成一个产品,像汽车,像手机,所有的这种制造业多数来自于此,那么跟所它对立的就是我们叫流程型制造,它是在这种物理或者化学的环境下的变化,最终形成一个最终的产品,那么在冶金、能源就比较多。后面所有的论证都将基于离散制造,所以在这点做一个明确的澄清。
我们在想制造在发展过程中需要一些变化,为什么需要变化?>>
我们在讲任何新的物体或者事物出现的时候,它需要一些理论的支撑,制造业发展到今天,是不是有一些新的理论能够支撑它?我们重点来介绍的是模块化理论,模块化对于理工科理解非常简单,我们做手机,我们做任何硬件的时候都是模块化的,最起码我们设计编程的时候,我们用这种主程序和子程序调度方式来完成。但如果理解产业、理解企业内部的时候,我们仍然以模块化来理解,会发现感受就不一样了。
所以以模块化的角度来看,审视整个行业的变化,我们认为制造业也有很多的一些调整和变化的基础,那么这个是在目前西方最流行的一种论证的方式。
第二,目前我们出现最大的问题是什么呢?>>
以前的时候都是大规模生产,我小的时候都是叫我们如何用更先进的设备来生产更多产品,但现在主要的话题都是产品过剩,所以我们在讲很多的时候论证自动化,自动化的目的是提高速度,提高质量。但是已经产品过剩了,那么自动化的目的和价值在哪里呢?所以我们在想,正是因为这种产能过剩,它导致生产模式发生了变化,所以个性化的定制现在目前是生产的一个主要内容。
这是我们传统的描述,讲的是从最早以前的这个T时代,这是属于福特最早的这种生产模式,到上世纪末精益生产。但是现在我们去了很多的工厂,尤其去了很多的主机厂,这种个性化定制变成了主流。尤其我们去一汽轿车的时候,发现它做了很多的尝试。
对于他们来讲,我们在4S店按照这种配置来下订单,然后由工厂统一生产的定制模式变成一个真正的可能。
同时,我们也看到这些年的一个变化,劳动力的变化。一直在讲,中国有很强的劳动力的红利,但这几年出现了很大的问题,劳动力的数量在下降,但是成本又在快速上升,导致整个生产的要素也出现了一个变化。
这么多年我们一直讲的技术也出现了变革,我们以前在讲的时候像机械是一个传统科学,这个学科这么多年都没发生变化,但恰恰结合了人工智能,结合了一些新的技术,机械学科也出现了一些调整。
生产要素,设备,人工这些要素在这些年都出现了一些迭代的变化,所以也就意味着新的装备取代这种传统应用场景变成可行。正是以上这些元素推动了制造业的变革,它呼吁着智能制造的出现。
我们在智能制造之前再讲一个词,工业4.0。工业4.0从2015年开始变成了一个非常流行的话语,从1.0时代到4.0时代。有很多的解读,我们怎么来切分这一点、每一个时代的变化?有时候用能量,有时候用很多的这种方式来标注,无所谓,所有的描述,就是复杂程度智能程度和融合度越来越高,这一页的内容把工业4.0切成了几个内容,讲到GPS网络、讲了很多导向,讲了很多的集成模式,那么这里面重点提到的一点就是非常复杂的标准化的系统架构建设,还有重点提到了基础设施建设,包括还有很多的能源或者资源的使用。
这个就是基于欧洲,尤其是德国的产业结构形成的工业4.0。我们再看在中国推动工业4.0,在中国实施过程中遇到哪些困难?我们第一个提到的叫新建和改造怎么平衡?工业4.0它希望有更多的大的场景,更复杂的内容出现,但在中国大量的制造业,它已经成熟了,或者它已经发展一定时间了,你不能把它已有的设备全部推翻。
第 三 部 分
中 国 制 造
杨跞:这个时候对于新建和改造过程中怎么来平衡?第二个我们提到的是很多的专家,很多都在论证,基于工业4.0的一些场景验证,但实际上目前都指向于大型场景,对于小型场景如何实施?还有一个效率,在之前做的过程中都是希望效率越来越高,但如果已经在生产力过剩的情况下,过高的效率又在哪得到它的成本释放。
既然都是关注大项目,对于一些已有的小型项目或者中型项目,它的实施动力在哪里?我们认为目前的工业4.0,相比之下,智能制造更符合中国的国情,但是有几点需要澄清。智能制造不等于无人化,什么意思?就是这里面一直在提到的人是体系的核心。
第二,是我们在做的过程中必须进行流程和组织的梳理,因为只有梳理完的系统更符合这种新的系统的应用。
第三,既然提到智能制造核心思想,就是指机器和人之间的互联互通,因此机器和人的互动非常重要。
还有数据采集程度,我们经常在做很多项目过程中,发现客户也好,或者来自于很多建议也好,都是大规模采集数据,但实际上每个数据后面都是成本,大规模采集数据的代价,是用金钱换出来的。
就跟我们手机在提摩尔定律一样,一个新手机推出的时间越来越短、越来越快,数据采集的能力,它背后的成本也是急剧下降的,我们经常在提适度采集,当前没有意义的数据没有必要采集,未来会有更低廉的方式来完成数据采集。
我们以前经常讲流水线生产,用这种方式来布置它的生产线,但是在新的模式中我们叫工艺岛。就是把它的流程,按照它的工序切成多个岛,在岛中进行物流的中转,这种方式来形成它的生产方式的转化。同时工业机器人其实对于目前很多客户需要的时候,他们希望用它来解决目前的痛点,但实际上工业机器人有明显的局限性,导致它在进行这种智能制造的时候,它有它的明显不足。
我们在做很多项目的时候,希望这个系统柔性很强,它什么都能做,但是过强的柔性导致它的实施周期和成本变成了它的痛点。
智能制造它关注的点,一个是智慧工厂,它关注的是工厂级的建设,它的数据传输,网络化分布。还有一个是智能生产,它关注的是流程,人机互动,包括它的一些细节的问题。核心思想我们一直是这句话,人是智能制造的核心,或者人是制造的核心,这个是后面论证的所有一个非常重要的点。
人机共融
我们首先要介绍的两点。第一,如何定义人以及“人”,这个”人”不再是活生生有血有肉的人,我为什么加个引号?当机器人结合更多的人工智能技术以后,它变成了人的一个功能或者能力的延展,这个时候人机共融中间的这个人,他将从一个活生生的人变成一个带引号的人。
既然要做好人机共融,人机交互它必须对空间有个感知,假设我站在这个台面上,我旁边有这个桌子,我能够有效地感受身边的事物的变化或者它的环境。同时如果它变成人的一个肌体的拓展,它必须有很强的灵活性,非常的轻便。
作为新一代的机器人,它必须能够搭载更多的数字化和智能化,变成一个新的载体。
我们用一张图来介绍一下我们这个产品,那么这是一个协作机器人的图谱。右边白色的这是我们叫7轴协作机器人,它的目的其实就是来模拟人的动作,7轴怎么理解,我们每个人的胳膊其实有7个方向,人的包括腕关节、肘关节它是多个方向的组合。
对于机器人做7轴的目的是希望它在更拟人的环境下,能够完成更加复杂或者非常非常精细的动作,所以这个是7轴当时的开发点。从7轴走到6轴,这是因为它的成本。
包括双臂是希望像人一样,我们以前在看武侠小说,金庸先生的武侠小说里提到左右手互搏,对人来讲非常难,但对机器人来讲它就简单很多,在更多的场景下,它变成人工作能力的一个拓展。
我们从单臂双臂再往下到复合,所谓的复合概念就说我的胳膊已经很灵活了,但我固定在一个点里,我是不是可以在更广阔的空间里头完成更多的工作,这是复合的价值。
协作技术
首先第一个点是安全,安全的原因来源于我能够对空间进行感知,当我对空间进行感知以后,就能够非常安全地和外部进行交互。刚才提的人机协同,还有一个是人与「人」之间协同,就是真正的有血有肉的人和机器人之间的这种交互,所以安全是非常重要的点。
轻量化
传统的工业机器人6轴,自重可能在一两百公斤,现在新一代的机器人自重只有20公斤,所以正是这种方式导致它的部署越来越方便。
便携使用
我们以前使用机器人的时候都要编程示教,对于机器人的使用还有一定的学历要求。正是因为有了力控技术,它可以像人一样,你带着孩子走,手把手来教他,你带他走一遍他就学会了。结合未来的新一代的AR技术,我们还有更多的虚拟视角,这些方式让机器人的使用越来越便捷。
可拓展性
以前讲机器人的时候它是个工具,它就是装备,其实现在讲机器人的时候,它像我们手机一样,我们叫智能终端,智能终端的一个好处就是它必须可以拓展,必须可以不定期或者经常性的进行OTA,正是通过这种方式让它的功能越来越强,它的拓展性越来越好。
我们用一个视频来跟大家分享一下,这是我们模拟的一个生产环境,但这个生产环境目前有很多的场景已经变成了现实。
这是我们的第一代的协作机器人视频,配备了可动双目视觉。在工厂里面大量的数据都被采集出来,正是通过这种方式,我们可以进行人机的有效互动。
目前这种使用的是一个AR眼镜,通过这种方式我们可以有效地构建一个数据的桥梁,人可以快速的采集到所有的数据,根据数据直观的做出他的判断,目前这个在我们很多的项目运作中已经得到了推广。
大家看到的图像都是反过来的,原因就是把它的展示内容进行一个重建,这是我们提到的虚拟视角。我在虚拟环境下完成我的关节的调整,机器人会进一步来完成它的动作。
这个提到的故障分析和报错,这个对于生产非常重要,以前我们关注的是生产跟设备,其实现在更多的首要关注我们怎么能够预防设备故障,它能够在一个安全情况下一直持续稳定生产。
我们也希望通过新的技术的融入,能够让生产和生活的方式跟之前出现很大的变化。
我们也在首届进博会的时候,用了一个双臂协作机器人,替换了一个服务人员,当时在国宴的晚会上进行了饮料和酒水的配送。我们规划的这个内容在这两年很多已经变成了现实。
这个是我们在今年完成的一个项目,这是国内的一个工控机的生产线。以前这个生产线它是用自动化的方式来生产,但是今年因为大规模的在各地建数据库,所以需要在每个地方进行生产线部署。这条生产线一共接近50米长,以前是完全自动化,我们在这次使用过程中,大家看到的中间的那是我们的工业机器人,工业机器人是用围栏隔起来,我们一般要讲把它放到安全的笼子里,避免跟人之间有一些安全风险。
周边的所有的蓝色机器人全部都是协作机器人,这条生产线按照之前我们部署一条可能要在8个月以上,实际这条我们是花了3个月完成,正是因为大规模使用了协作机器人,使用这种新的技术,所以整个生产的方式也得到了大幅的改善。
在汽车厂里头我们用了新一代的机器人来做了很多工作,大家看到的这个位置以前是一个员工的工作位置,大家可以看到这个位置非常的狭小,正是因为机器人很轻,我可以轻易的把它部署在这,模拟人进行所有的工作,大家也可以看到人和机器人之间是交互的,所以讲到的人机共融,是一种新的在智能制造工厂里面出现的一种模式。
我们在这几年半导体项目推动很多的新的应用,就用这种复合机器人,我们完成了整场的人员替换。
在闵行的一个工厂,我们用了60台这种的复合机器人,一共更换了800个工人,因为他们是两班生产。
印刷这个行业其实是一个叫高度定制化的行业,因为它的客户都不同,每个需求都是不一样的。那么在这里面大家看到的是我们用一种新的模式,刚才提到的工艺岛,我们用岛式生产来组合整个工厂,这边一个主要的枢纽是我们叫立体仓库,立体仓库和我们的无人叉车,agv把所有的这些衔接在一起,用它来把所有的生产给串接起来,通过这种方式让生产变得更加灵活。
以前是我们做一个立体仓库,堆放大量的成品,但随着立体仓库的速度越来越快,包括工装夹具,包括原辅材料都在这进行交互,它变成了整个生产的一个主枢纽。
我们的一个客户,一个军工厂,它提供很多的定制芯片,定制电缆在做的过程中也是一样的这种方式,通过这种新的物流的部署把整个工厂衔接起来,我们做过一个对比,通过这种方式,它的工厂的空间可以节省之前的30%左右,效率可以得到大幅的提升。
第 四 部 分
总 结
上海/未来的制造业怎么做?
杨跞:我们其实一直在讲,在上海大家在说成本越来越高,那么在上海的制造业怎么来做?上海其实有非常好的制造业的基础,我们用人机共融的方式来缓解生产的压力,缓解生产要素的变化。可有效的支撑我们上海制造业的高速成长。我们在读书的时候弄了很多的生产都是一条流水线,流水线旁边都是人,这是典型的密集劳动生产,那么未来的生产是怎么样的?
这段时间一直在提自动化,大规模的这种自动化的推动和应用,让很多的生产从这种人工生产变成自动生产。
我们理解未来是这样的:流水线还是这条流水线,两边的操作者换成了新一代的这种智能化的机器人。
为什么这么讲?当机器人的成本跟人的成本可以对比的时候,人的生产其实效率是最高的。我们一直在讲达尔文的进化,人其实属于自然生物进化最有效的一个点,机器人的发展的目的也是用更多的智能技术,更多新的技术来推出类似人一样的可以完成所有操作的一个新的载体。
用刚才一句话总结,智能制造人机协同会让智能制造出现一个巨大的变化,就是由繁入简,回归它生产的本质。
感谢大家,这是我们对于智能制造的一些分享。
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