機(jī)器人已經(jīng)成為工廠車間的副駕駛，成為噴漆工、打磨工、機(jī)器維修工和材料運(yùn)輸工。當(dāng)波音公司專家菲爾-弗里曼（Phil Freeman）在20世紀(jì)末開始其航空航天事業(yè)時，還沒有機(jī)器人為飛機(jī)上的緊固件鉆孔。

自動化專家、波音研究與技術(shù)部高級技術(shù)研究員Phil Freeman認(rèn)為，在航空航天生產(chǎn)過程中使用的機(jī)器人和系統(tǒng)出現(xiàn)了更多的自主性趨勢。

波音公司波音研究與技術(shù)部（南卡羅來納州查爾斯頓）高級技術(shù)研究員菲爾-弗里曼（Phil Freeman）解釋說：“我們了解了很多原因；（這是因為）機(jī)器人在精度和剛度方面的工作方式。然后，通過這些，我們想出了如何克服這些挑戰(zhàn)。而現(xiàn)在，我不知道有哪家航空航天公司沒有機(jī)器人在飛機(jī)上鉆孔?！?/p>

除了為緊固件鉆孔外，機(jī)器人還是航空航天原始設(shè)備制造商及其供應(yīng)商的油漆工、機(jī)械投標(biāo)人、材料運(yùn)輸工、打磨工和拋光工。

先進(jìn)的復(fù)合材料制造商Airborne Aerospace BV（荷蘭海牙）使用自動編程的機(jī)器人，通過根據(jù)CAD圖紙設(shè)計自己的膠水路徑來密封復(fù)合材料部件的邊緣。

GrayMatter Robotics 的首席科學(xué)家 Satyandra “SK” Gupta 表示，借助以物理學(xué)為基礎(chǔ)的 AI 驅(qū)動軟件，已知的物理原理可以彌補(bǔ)制造業(yè)數(shù)據(jù)的缺乏。

總部位于加拿大蒙特利爾的軟件公司 RoboDK 幫助德克薩斯州奧斯汀的自動化解決方案提供商 Wilder Systems Inc. 開發(fā)了一種機(jī)器人空氣清洗機(jī)——就像洗車機(jī)一樣，只是機(jī)器人在車輛靜止時移動——以擦洗臟兮兮的工藝品。Airborne 和 Wilder Systems 均未回應(yīng)采訪請求。

機(jī)器人不僅承擔(dān)大多數(shù)人類不喜歡的重復(fù)性和更危險的工作，而且它們不需要安全許可就可以在航空航天及其更隱秘的孿生國防等受限行業(yè)工作。機(jī)器人還可以彌補(bǔ)合格工人的不足。

航空航天采用手工疊層等遺留工藝，在自動化游戲中似乎已經(jīng)晚了，但弗里曼指出這并不準(zhǔn)確。

他說：“航空航天實際上有很多自動化。大多數(shù)制造都是自動化的，對吧？所以在低端，有點經(jīng)典，你有很多 CNC 工作。但即使在諸如復(fù)合材料的自動纖維放置之類的事情中，也有相當(dāng)多的自動化。然后，當(dāng)你開始組裝和連接時，仍然有相當(dāng)多的自動化。因此，您會看到飛機(jī)的自動配平和鉆孔、自動鉆孔和緊固。然后您會看到使用 NDI（無損檢測）和無損評估的自動檢測。你會看到很多工件夾持的自動化。在（波音）復(fù)合材料機(jī)翼中心，我們在物料搬運(yùn)方面做得更多。我們正在使用 AGV（自動導(dǎo)引車）來移動大型零件、機(jī)器人夾具等等?！?/p>

弗里曼曾參與 F-18、C-17、F-15 和 787 夢想飛機(jī)的自動化項目，他認(rèn)為航空航天自動化正朝著生產(chǎn)過程中使用的機(jī)器人和系統(tǒng)的更多自主性發(fā)展。

他說：“我認(rèn)為自治確實是我們正在發(fā)展的領(lǐng)域之一。系統(tǒng)在較少定義和較少約束的環(huán)境中工作的能力?！?/p>

據(jù)該公司稱，Otto Motors 的 1500 自動移動機(jī)器人 (AMR) 是一種主力機(jī)器，旨在通過苛刻的環(huán)境移動重達(dá) 1900 公斤（2.1 短噸）的有效載荷，速度比市場上任何其他 AMR 都快，安全事故為零。

例如，F(xiàn)reeman 指出，自動化移動機(jī)器人 (AMR) 可以自行在工廠中導(dǎo)航，到達(dá)需要完成工作的位置，然后根據(jù)自己的人工智能執(zhí)行工作。

他說：“這涉及大量機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、算法機(jī)器人技術(shù)，例如自動任務(wù)規(guī)劃、自動路徑規(guī)劃。這些是我們從自動駕駛汽車等其他領(lǐng)域借鑒的想法。這就是我在機(jī)器人技術(shù)中看到許多新興領(lǐng)域的地方——從某種經(jīng)典的、嚴(yán)格的腳本化步驟和序列集轉(zhuǎn)變?yōu)楦幼灾鞯南到y(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)，自行做出決定，并繼續(xù)工作?！?/p>

與大多數(shù)研究人員一樣，弗里曼和他的同事們一直在努力突破可能的界限。這正是一家供應(yīng)商在十年間嘗試使用機(jī)器人打磨拋光亞克力飛機(jī)透明膠片時所做的事情。

一種尺寸并不適合所有人

為了為其飛機(jī)透明膠片（窗戶和機(jī)蓋）的生產(chǎn)尋找自動化流程解決方案，總部位于英國的 GKN Aerospace Services Ltd. 與經(jīng)驗豐富的自動化集成商合作了 10 年，他們使用現(xiàn)成的機(jī)器人和控件。首席研究工程師 Martin Philo 表示，盡管付出了努力，但配置失敗的系統(tǒng)數(shù)量“遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過”成功部署的數(shù)量。

因此，該公司著手查明原因。

Capriol 的 MNT 型號結(jié)合了 Otto Motors 1500 自動化移動機(jī)器人和 FANUC R1000 系列機(jī)械臂，專為處理中型有效載荷而設(shè)計。

“在整合了我們自己的幾個項目之后，GKN Aerospace 意識到許多機(jī)器人供應(yīng)商提供的‘通用型’系統(tǒng)根本沒有能力精確執(zhí)行 GKN 提供的更復(fù)雜的流程航空航天需要實現(xiàn)自動化，以保持競爭力并保護(hù)我們的員工隊伍?！盤hilo 解釋道：“進(jìn)一步的研究使我們得出結(jié)論，硬件不是問題所在，但由于我們流程的復(fù)雜性，機(jī)器人軟件無法充分執(zhí)行自動化計劃。我們需要的是一個全面的系統(tǒng)解決方案，包括專門為處理復(fù)雜流程而開發(fā)的軟件、組件驅(qū)動程序和人工智能。”

GKN Aerospace 不是自動化的新手，它已經(jīng)使用了 CNC 機(jī)器、成型自動化設(shè)備和自動化檢測。GKN Aerospace 位于加利福尼亞州加登格羅夫的工廠的另一項自動化任務(wù)是打磨和拋光亞克力軍用機(jī)蓋和駕駛艙窗戶以及客機(jī)窗戶。這項工作是極其勞動密集型的：打磨一個零件需要的不僅僅是一個工作班次。

GKN Aerospace 相信它在加利福尼亞州的 GrayMatter Robotics Inc. 找到了合適的合作伙伴來滿足其對自動打磨和拋光的需求，并通過與開發(fā)商的直接合作增強(qiáng)了其樂觀情緒。

GrayMatter 的專家同意這家航空航天供應(yīng)商的結(jié)論，即提供機(jī)器人作為完整解決方案以及現(xiàn)成機(jī)器人軟件是之前項目失敗的根源。其 Scan&Sand 技術(shù)使用光學(xué)掃描和定制的、基于物理的 AI 驅(qū)動軟件來支持安裝在龍門架上并配備研磨工具的工業(yè)機(jī)械臂。

GrayMatter 的首席科學(xué)家 Satyandra “SK” Gupta 說：“如果你看到很多人工智能被用于先進(jìn)的工業(yè)、電影和 Facebook 圖像檢測，這些都是純粹的數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)。他們擁有數(shù)以百萬計的可用數(shù)據(jù)，他們只是簡單地挖掘數(shù)據(jù)以尋找模式?！?/p>

然而，在數(shù)據(jù)有限的制造中心，已知的物理原理可以代替數(shù)據(jù)的缺乏。例如，眾所周知，在打磨時，施加更大的力會去除更多的材料。

該級別的信息或數(shù)據(jù)對于 Scan&Sand 來說已經(jīng)足夠了?！澳悴恢来_切的關(guān)系是什么，但你至少知道這是我預(yù)期的趨勢，”古普塔說：“所以你不需要挖掘數(shù)據(jù)來了解趨勢。您已經(jīng)知道存在這些物理關(guān)系，除此之外我還需要數(shù)據(jù)。因此，無論您了解您想要利用的過程的任何信息?！?/p>

正如自動化所承諾的那樣，GKN Aerospace 希望在 GrayMatter 的幫助下更快地完成工作并始終如一地提高質(zhì)量。

根據(jù)初步估計，Scan&Sand 將在不到四小時內(nèi)完成一個零件，從而提高生產(chǎn)率，使 GKN Aerospace 的產(chǎn)量提高三到四倍。此外，自動化有可能顯著降低與打磨相關(guān)的報廢、維修和返工成本，每年可達(dá) 500 萬美元。

Philo 說：“我們選擇在這個項目上與 GrayMatter 合作，因為他們專注于打磨，渴望實現(xiàn)高質(zhì)量而不僅僅是生產(chǎn)力，以及支持項目目標(biāo)的軟件技術(shù)?！?/p>

GKN 于 2022 年 1 月開始使用 Scan&Sand，并計劃在明年達(dá)到必要的技術(shù)和制造準(zhǔn)備水平后將其部署到生產(chǎn)中。

Philo 說：“項目團(tuán)隊正在努力開發(fā)技術(shù)以實現(xiàn)精確質(zhì)量，同時探索新的檢測方法以納入生產(chǎn)打磨和拋光系統(tǒng)?！?/p>

節(jié)約時間

在美國北卡羅來納州阿什維爾的 GE 航空集團(tuán)，技術(shù)精湛的操作員在對飛機(jī)發(fā)動機(jī)護(hù)罩進(jìn)行 CT 無損檢測時成為他們自己的打手。與此同時，該工廠的護(hù)罩產(chǎn)量計劃激增以滿足客戶需求。

需要進(jìn)行一些更改以提高生產(chǎn)率，并且需要在整個工廠中進(jìn)行擴(kuò)展。

GE 航空測試首席工程師斯蒂芬賴斯在一個關(guān)于 2018 年開始解決問題的案例研究視頻中說：“這個過程是手動交互的，有很多人互動，過程迭代。在那個時間點，我們正在尋找每周 30-60 件（裹尸布）的速度。到 2022 年，我們未來的增長率將上升到每周 1,500，所以我們知道我們必須找到前進(jìn)的道路?！?/p>

這些手動交互過程中的每一個都需要 20-30 分鐘，每 7 天 1,500 件裹尸布的目標(biāo)速度將比一周花費(fèi)更多的時間。

解決方案和視頻的主題是通過在 Otto Motors（安大略省基奇納）（Clearpath Robotics Inc. 的一個部門）的 AMR 上安裝 Fanuc 協(xié)作機(jī)器人手臂來創(chuàng)建一組移動機(jī)器招標(biāo)。

GE 航空公司工藝工程師 Evan Bryant 在視頻中說：“通過引入自動化，我們看到進(jìn)入零件的直接人工減少了 20%，”

OEM 節(jié)省的不僅僅是時間。

根據(jù)案例研究視頻，該公司在 2019 年實現(xiàn)了 130 萬美元的投資回報，這是移動車隊運(yùn)營的第一個全年。此外，Capriol 的運(yùn)營經(jīng)理 Tom Post 在接受采訪時說，位于密歇根州西布盧姆菲爾德的移動機(jī)器系統(tǒng)集成商 Capriol公司 提出了一個解決方案，可以節(jié)省 800 萬美元的資本投資以達(dá)到最終的產(chǎn)量。

“在您觀看的案例研究視頻中，他們開發(fā)了安裝在我們車輛頂部的 Fanuc 協(xié)作機(jī)器人附件，以滿足連接到 CNC 機(jī)器并從該機(jī)器中取出非常重要、昂貴的部件的非常具體的負(fù)載處理需求并在此過程中將其轉(zhuǎn)移到下游?！監(jiān)tto Motors公司首席執(zhí)行官馬特倫德爾在另一次采訪中補(bǔ)充道。

GrayMatter Robotics 的自動化 Scan&Sand 技術(shù)的設(shè)置包括兩個機(jī)械臂，一個用于過程，另一個用于檢查。

誰是Otto Motors？

Otto Motors 與 GE 有著長期的合作關(guān)系，自 2015 年這家加拿大公司成立以來，這家美國跨國公司就是該公司的早期投資者和合作伙伴/客戶。Otto 的專長是提供“地球上一些最大的 AMR 車隊”用于物料搬運(yùn)，據(jù)稱到公司。

雖然 Otto Motors 構(gòu)建其 AMR 旨在為客戶提供最佳的總擁有成本、最長的使用壽命和最長的正常運(yùn)行時間，但其真正的力量在于其軟件。

Rendall 說：“軟件實際上是將我們的產(chǎn)品集成到環(huán)境中的最重要原因，它有兩層：在車輛上運(yùn)行的軟件，但從流程層面來看，真正的魔力在于車隊管理軟件?！?/p>

對于 AMR 的軟件，運(yùn)營商希望擁有最智能、最具彈性和最強(qiáng)大的機(jī)載軟件。憑借這種智能，機(jī)器人可以對現(xiàn)實世界的情況做出反應(yīng)，例如轉(zhuǎn)彎和在無法模擬的混亂中工作，所有這些都以一種仍然允許正確的部分在正確的時間到達(dá)正確的位置的方式進(jìn)行。幸運(yùn)的是，即使是新部署的 Otto AMR 也能從該軟件的蜂巢式思維質(zhì)量中獲益，該軟件目前已積累了超過 300 萬小時的生產(chǎn)駕駛經(jīng)驗。

倫德爾說：“想想一個正在學(xué)習(xí)如何駕駛的青少年，也許他們需要兩周的駕駛經(jīng)驗才能獲得駕照。嗯，在機(jī)器規(guī)模上，你們有共享智能，對吧？想象一下將電纜插入駕駛教練的頭部并將所有駕駛體驗下載到學(xué)生身上的能力。現(xiàn)在，每一輛駛?cè)胲囬g的車輛都能夠接入我們軟件的中央智能系統(tǒng)，并一下子擁有 300 萬小時的駕駛體驗。從我們的角度來看，這是非常重要和有力的，而且與眾不同?！?/span>

Rendall 描述背后的技術(shù)很有吸引力：車隊管理軟件是客戶選擇 Otto 而不是其競爭對手的最大原因之一，他說。

他說：“它是將 AMR 車隊連接到制造執(zhí)行系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和 PLC 網(wǎng)絡(luò)的車隊管理軟件。正是它為您提供無縫的端到端集成，并將材料從一件加工設(shè)備轉(zhuǎn)移到像我們這樣的材料運(yùn)輸解決方案。”

在 GE Aviation 案例研究中，工廠的 AMR 與 CNC 機(jī)器接口，這意味著機(jī)器人和機(jī)床必須進(jìn)行通信。與此同時，AMR 和車隊經(jīng)理正在來回發(fā)送信號。

Rendall 說：“因此，您的材料流盡可能接近熄燈狀態(tài)?！?/p>

跑過通用電氣

雖然 Otto的AMR使用激光雷達(dá)和軟件進(jìn)行導(dǎo)航，但Capriol在其為GE航空項目中的移動機(jī)器人頂部的機(jī)械臂制造的終端效應(yīng)器中加入了額外的視覺層。

Post說：“這是移動機(jī)器人的一項有利技術(shù)。因為我們從一個站開到另一個站，我們需要獲得機(jī)器人定位的位置。所以我們使用機(jī)器人視覺來改變機(jī)器人的偏移量，找到要加工的部件，并在該位置設(shè)置偏移量。當(dāng)它開起來的時候，AMR定位（自己）±2厘米，這在機(jī)器人世界里是非常大的。為了能夠在機(jī)器人設(shè)計規(guī)格的半毫米范圍內(nèi)定位，我們必須在設(shè)備上或工位上使用靶標(biāo)，也就是機(jī)器人用來設(shè)置其偏移量的條形碼或點陣。然后我們就能精確地抓取零件并進(jìn)行工作?！?/p>

與 Otto公司一樣，Capriol公司也與通用電氣有著長期的聯(lián)系。Post說：“我們（創(chuàng)始人）曾在通用電氣全球研究部的先進(jìn)制造組一起工作。而我們的主管Roland Menassa指示我們制造移動機(jī)器人。所以我們開始建造他們的第一批設(shè)備。”

當(dāng)通用電氣的財富出現(xiàn)下滑時，它取消了Post的小組。他說：“我們當(dāng)時想，我們有客戶，內(nèi)部客戶，他們對這個產(chǎn)品感興趣。我們可以擁有它嗎？而他們說可以。所以我們繼續(xù)在Capriol下進(jìn)行項目工作?！?/p>

一段時間后，來自通用電氣資本公司（該公司的金融服務(wù)部門）的代表在參觀通用電氣航空廠時，看到了Otto Motors-Capriol 物料搬運(yùn)機(jī)器人。

Post說：“其中一個人問我，你們是怎么做到的？GE放棄了這個球。我們把它撿起來并運(yùn)行它?！?/p>