數(shù)字孿生、自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）和人工智能（AI）是幫助歐洲汽車制造商斯柯達(dá)參與競(jìng)爭(zhēng)的尖端技術(shù)。

像許多歷史悠久的汽車制造商一樣，這加后來(lái)成為斯柯達(dá)汽車的公司在1890年代初以制造自行車開(kāi)始。今天，你不會(huì)看到自行車從斯柯達(dá)裝配線上滾下來(lái)，但你可能會(huì)看到插電式電動(dòng)汽車。

現(xiàn)在，作為德國(guó)大眾集團(tuán)的全資子公司，斯柯達(dá)去年生產(chǎn)了80多萬(wàn)輛汽車，包括約49000輛電動(dòng)汽車。斯柯達(dá)總部位于捷克共和國(guó)的姆拉達(dá)-博萊斯拉夫，在大眾所有品牌中，斯柯達(dá)的利潤(rùn)率位居第二，僅次于保時(shí)捷。

這樣的表現(xiàn)并不是偶然發(fā)生的。在過(guò)去的幾年里，斯柯達(dá)在最先進(jìn)的裝配技術(shù)上投資了數(shù)百萬(wàn)美元，以提高生產(chǎn)力，改善工人的安全，并減少公司的環(huán)境足跡。作為整體工業(yè)4.0戰(zhàn)略的一部分，該公司已經(jīng)實(shí)施了增材制造、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自主移動(dòng)機(jī)器人和其他技術(shù)。

在裝配線上增加一個(gè)新的工作站需要仔細(xì)規(guī)劃--尤其是在常規(guī)操作預(yù)計(jì)將同時(shí)繼續(xù)的情況下。當(dāng)捷克共和國(guó)Vrchlabí的斯柯達(dá)裝配廠的工程師想要將一個(gè)新的機(jī)器人整合到變速箱生產(chǎn)線上時(shí)，該項(xiàng)目在短短三周內(nèi)就完全投入使用--這要?dú)w功于數(shù)字孿生技術(shù)。

工程師們利用生產(chǎn)線的數(shù)字孿生體對(duì)新配置進(jìn)行模擬，評(píng)估不同的流程和方案，而無(wú)需移動(dòng)任何一臺(tái)機(jī)器。一旦工程師們優(yōu)化了生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和流程，他們就能以最小的干擾安裝新的機(jī)器人。

斯柯達(dá)公司零部件生產(chǎn)主管Christian Bleiel說(shuō)："如果沒(méi)有工業(yè)4.0技術(shù)，我們就不可能以這種方式安裝新的機(jī)器人工作站。由于缺乏空間，不可能將新設(shè)備安裝在現(xiàn)有的工作站旁邊，并在正常生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行試運(yùn)行操作。數(shù)字孿生的使用......使我們能夠創(chuàng)建一個(gè)極其詳細(xì)的工廠虛擬圖像，模擬過(guò)程和程序，并無(wú)縫地添加到生產(chǎn)線上。”

在不到30秒的周期內(nèi)，新工作站將軸承安裝到每個(gè)齒輪箱中。機(jī)器人安裝軸承以滿足應(yīng)用的精度要求。

為了創(chuàng)建數(shù)字孿生，工程師使用了生產(chǎn)線的3D模型。這包括機(jī)器人、傳感器和安全部件的數(shù)字克隆。這使得該站的所有機(jī)械和運(yùn)動(dòng)過(guò)程都能得到真實(shí)的模擬。雙胞胎的軟件方面確保了所有硬件組件和生產(chǎn)線上基于程序的控制序列之間的順利溝通。

利用這一設(shè)置，技術(shù)人員開(kāi)發(fā)、測(cè)試和優(yōu)化了控制電子裝置，并確定了新工作站所需的空間。他們還能夠計(jì)算出理想的周期時(shí)間，并防止機(jī)器人手臂發(fā)生任何碰撞的機(jī)會(huì)。

該模型使工程師能夠?qū)㈨?xiàng)目達(dá)到運(yùn)行水平所需的時(shí)間縮短約三周。此外，工程師們通過(guò)提前優(yōu)化布局，節(jié)省了約40平方米的地面空間。有了數(shù)字孿生，機(jī)器人的控制程序也在機(jī)器人及其外圍設(shè)備進(jìn)入工廠之前就被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

機(jī)器人按順序揀選電池

在捷克共和國(guó)Kvasiny的裝配廠，斯柯達(dá)正在使用一個(gè)大型的六軸機(jī)器人從貨盤上揀選電池，并按照需要的確切順序?qū)⑺鼈兯偷窖b配線上。斯柯達(dá)公司將零件的揀選到順序處理從倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)移到裝配車間，這有助于加快生產(chǎn)速度。Kvasiny是斯柯達(dá)第一個(gè)采用這種物流系統(tǒng)的工廠，該系統(tǒng)已于2020年7月投入使用。斯柯達(dá)投資了約469,000美元來(lái)實(shí)施該流程，并為該系統(tǒng)申請(qǐng)了專利。

斯柯達(dá)品牌物流負(fù)責(zé)人David Strnad解釋說(shuō)：“為了使零件能夠依次運(yùn)送到生產(chǎn)線上，一系列高度復(fù)雜的流程需要完美地協(xié)調(diào)運(yùn)作。通過(guò)在Kvasiny工廠使用新的搬運(yùn)機(jī)器人，我們正在優(yōu)化這一流程，使生產(chǎn)更加高效，從而更加精確，最終更加快速。同時(shí)，我們也提高了工作場(chǎng)所的安全性和工效?！?/p>

過(guò)去，電池會(huì)被存放在隔壁的倉(cāng)庫(kù)里，通過(guò)叉車運(yùn)到生產(chǎn)線上，然后人工卸貨?，F(xiàn)在，電池被存放在裝配線附近的托盤上。為了確保正確的電池被安裝在正確的車輛上，機(jī)器人用一個(gè)特殊的攝像頭掃描每個(gè)電池上的代碼。然后，它把電池放在運(yùn)輸車上，直接運(yùn)到裝配線上。該機(jī)器人還堆放空托盤和運(yùn)輸包裝，并能在需要時(shí)從倉(cāng)庫(kù)訂購(gòu)裝有電池的新托盤。機(jī)器人被安裝在一個(gè)長(zhǎng)的線性軸上，使其能夠從多個(gè)托盤上連續(xù)揀選電池。安全防護(hù)和傳感器防止與工作人員或機(jī)器發(fā)生碰撞。

計(jì)劃要求該汽車制造商復(fù)制該系統(tǒng)，以處理其他重型、高容量的零件。

斯柯達(dá)還在Kvasiny測(cè)試另一個(gè)新概念，旨在提高工廠的工作安全性。每輛叉車都安裝了一個(gè)跟蹤系統(tǒng)，這樣機(jī)器就可以在早期階段識(shí)別附近的其他叉車。該工廠的工人們戴著一個(gè)特殊的腕帶，該腕帶利用同樣的原理工作，通過(guò)振動(dòng)提醒佩戴者注意危險(xiǎn)。如果跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)到附近的叉車或員工，機(jī)器會(huì)自動(dòng)降低速度，如果需要的話，會(huì)自動(dòng)停止，以防止發(fā)生碰撞。每臺(tái)叉車上安裝的LED燈也提供了關(guān)于附近潛在危險(xiǎn)源的密度信息。

人工智能使叉車集裝箱裝載量最大化

作為斯柯達(dá)2025戰(zhàn)略的基石之一，人工智能在該汽車制造商的數(shù)字化進(jìn)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。人工智能不僅被應(yīng)用于產(chǎn)品和流程，也被應(yīng)用于服務(wù)，以幫助使客戶體驗(yàn)更加個(gè)性化。

斯柯達(dá)正在應(yīng)用人工智能的一個(gè)領(lǐng)域是物流。還記得經(jīng)典的電腦游戲俄羅斯方塊嗎？其目的是將不同形狀的棋子放入一個(gè)給定的空間，不留任何空隙。斯柯達(dá)的物流人員在裝載40英尺的運(yùn)輸集裝箱時(shí)面臨著類似的任務(wù)。然而，他們現(xiàn)在得到了Optikon的支持，這是一個(gè)使用人工智能來(lái)計(jì)算如何最好地裝載航運(yùn)集裝箱以最大限度地提高其容量的應(yīng)用程序。該軟件使斯柯達(dá)僅在2020年的前六個(gè)月就節(jié)省了151次集裝箱運(yùn)輸和80噸二氧化碳排放。

Strnad說(shuō)：“這個(gè)人工智能應(yīng)用程序是我們?cè)谖锪骱凸ぷ髁鞒虜?shù)字化道路上的一個(gè)重要發(fā)展步驟。Optikon項(xiàng)目使零件倉(cāng)庫(kù)的員工的工作更容易，同時(shí)也降低了我們的運(yùn)輸成本。此外，它還讓我們減少了二氧化碳的排放，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在只發(fā)送滿載的集裝箱?！?/p>

將不同尺寸的托盤裝入集裝箱的方法數(shù)不勝數(shù)，這對(duì)物流人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。由于每天倉(cāng)庫(kù)中可供調(diào)度的托盤尺寸不同，這就變得更加棘手。由斯柯達(dá)物流和IT部門聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Optikon應(yīng)用程序，利用AI幫助掌握這一挑戰(zhàn)。該程序計(jì)算出不同的托盤必須如何裝載，以最大限度地利用每個(gè)集裝箱的容量。

斯柯達(dá)IT部門負(fù)責(zé)人Klaus Blüm說(shuō)：“Optikon說(shuō)明了我們?cè)谒箍逻_(dá)如何使用工業(yè)4.0和人工智能技術(shù)，使我們所做的一切更加高效。在確定如何放置物品以最大化集裝箱空間時(shí)，該程序在計(jì)算中包括多達(dá)400種托盤類型。該程序還平衡了集裝箱內(nèi)的重量分布，并檢查貨物是否能及時(shí)發(fā)運(yùn)?！?/p>

物流部門自2019年11月開(kāi)始使用Optikon，特別是用于裝載運(yùn)往俄羅斯下諾夫哥羅德的斯柯達(dá)裝配廠的集裝箱。除了車身部件，生產(chǎn)材料，如粘合劑，也從該汽車制造商在Mladá Boleslav的倉(cāng)庫(kù)運(yùn)往俄羅斯。

Optikon使用數(shù)學(xué)組合分析方法，為所謂的 "背包問(wèn)題 "尋找各種解決方案。它解決的問(wèn)題是如何將某些物體以最佳方式裝入一個(gè)有限的空間。經(jīng)典的背包問(wèn)題只考慮到要包裝的物品的重量和價(jià)值，而Optikon還考慮到了地面空間、物品的體積以及貨物的運(yùn)輸時(shí)間。

尋找人工智能的使用案例

集裝箱裝載并不是唯一受益于人工智能的應(yīng)用。斯柯達(dá)的FabLab是汽車制造商測(cè)試各種工業(yè)4.0技術(shù)的地方，每天都在想出新的應(yīng)用。

例如，在該公司位于Mladá Boleslav的裝配廠，人工智能正被用于協(xié)調(diào)卡車交通。每天，大約有2200輛卡車到達(dá)工廠，放下供應(yīng)品或拿起組裝品。人工智能幫助協(xié)調(diào)這些交通，確保及時(shí)交付，并盡量減少司機(jī)的等待時(shí)間。

在工廠內(nèi)部，人工智能正被應(yīng)用于預(yù)測(cè)性維護(hù)。斯柯達(dá)品牌管理負(fù)責(zé)人Miroslav Kroupa說(shuō)：“基于人工智能的分析使我們有可能在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題之前就發(fā)現(xiàn)其異常。這將為我們?cè)诎才啪S修工作方面提供更多的靈活性，并將防止對(duì)生產(chǎn)造成昂貴的干擾?！?/p>

例如，人工智能正被用于監(jiān)測(cè)滑軌輸送機(jī)的軸承狀況。這些大型輸送機(jī)沿著裝配線的一部分運(yùn)送車體。熱像儀監(jiān)測(cè)輸送機(jī)的滾珠軸承的溫度，這些軸承可能會(huì)卡住。這使工程師能夠主動(dòng)更換接近其使用壽命的軸承。該系統(tǒng)還利用了為滑板提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)軸承開(kāi)始摩擦?xí)r，電動(dòng)機(jī)也會(huì)運(yùn)行得不那么順利。

同樣地，工程師們正在使用人工智能來(lái)分析機(jī)器發(fā)出的聲音。在預(yù)測(cè)性維護(hù)中使用人工智能的專家Milan Dědek說(shuō)：“每臺(tái)機(jī)器都會(huì)發(fā)出特征性的聲音，可以通過(guò)人工智能進(jìn)行研究。當(dāng)監(jiān)測(cè)到一個(gè)意想不到的新聲音時(shí)，它就會(huì)通知用戶有問(wèn)題。這使得我們有可能在故障造成任何損害之前發(fā)現(xiàn)可能的故障。例如，當(dāng)滾珠軸承開(kāi)始堵塞或齒輪磨損時(shí)，機(jī)器的聲音會(huì)發(fā)生輕微變化。人類聽(tīng)不到，但人工智能可以?！?/p>

自主的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)輸零件

斯柯達(dá)在其位于Vrchlabí的裝配廠使用完全自主、自學(xué)的機(jī)器人來(lái)運(yùn)輸零件。

該機(jī)器人可以承載130公斤的重量。與傳統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)不同，該機(jī)器人不需要感應(yīng)圈、磁條或反射器等形式的車道引導(dǎo)。為了學(xué)習(xí)路線，車輛只需要通過(guò)平板電腦或操縱桿在目的地之間被引導(dǎo)一次。在這樣做的過(guò)程中，它自己捕捉環(huán)境并注意到周圍環(huán)境的變化。然后它在必要時(shí)自動(dòng)調(diào)整其路線。

使用傳感器和激光掃描儀，機(jī)器人可以識(shí)別車輛、固定的障礙物和穿越其路徑的人?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算出接近速度，并檢測(cè)出是否即將發(fā)生碰撞。在這種情況下，機(jī)器人會(huì)自行停止或采取回避行動(dòng)。機(jī)器人立即根據(jù)周圍環(huán)境的信息調(diào)整其路線，在此過(guò)程中不必停下來(lái)。如果完全自主的機(jī)器人檢測(cè)到它將在旅程中的某個(gè)特定點(diǎn)經(jīng)常遇到障礙物，它就會(huì)永久性地改變其路線。如果有必要，機(jī)器人可以前往Vrchlabí工廠的任何地點(diǎn)，該工廠占地16,000平方米。

該機(jī)器人的第一個(gè)應(yīng)用是將新加工的零件從工廠的數(shù)控加工線運(yùn)送到計(jì)量中心。該機(jī)器人每天完成120次行程，路線總距離為35公里。

現(xiàn)在，自主移動(dòng)機(jī)器人也被用來(lái)向數(shù)控機(jī)床運(yùn)送原材料和用品。這些物資是自動(dòng)訂購(gòu)的。在倉(cāng)庫(kù)里，物流員工將物資放入一個(gè)載體。然后，機(jī)器人拿起載體，把它帶到其中一條數(shù)控生產(chǎn)線上。在返回途中，機(jī)器人帶著一個(gè)空的載體，自動(dòng)向零件倉(cāng)庫(kù)報(bào)告。

機(jī)器人提高了工廠的生產(chǎn)力和安全性。物流人員不再需要進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，因?yàn)樗胁考急蛔詣?dòng)運(yùn)送到數(shù)控生產(chǎn)線。由于數(shù)控機(jī)床每天供應(yīng)超過(guò)50,000個(gè)零件，自動(dòng)運(yùn)輸?shù)某杀绢A(yù)計(jì)將在不到三年的時(shí)間內(nèi)收回。