西門子S7-300DODI模塊

借助人工智能（AI），西門子的研發(fā)人員開發(fā)出了一種雙臂機器人，無需編程即可用于產(chǎn)品制造。機器人手臂能自主分工協(xié)作。

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“咔嗒”一聲，一只機械手將一個灰色部件準(zhǔn)確卡入導(dǎo)軌。手臂縮回去抓住另一個部件，這次是為了將其放在*佳位置，轉(zhuǎn)交給另一只手臂，這樣得以協(xié)調(diào)組裝控制柜。西門子中央研究院近日在慕尼黑演示了雙臂機器人的一部分：雙手協(xié)調(diào)操作。機器人系統(tǒng)是未來制造業(yè)的一個關(guān)鍵要素——它代表著工廠完全自主控制生產(chǎn)的未來。

自動化系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＜遥簛碜晕鏖T子中央研究院的Kai Wurm（中）和Georg von Wichert（右）正在觀察雙臂機器人的行為。

實現(xiàn)經(jīng)濟的“單件定制化生產(chǎn)”

在某種程度上，自主控制在大批量生產(chǎn)中已經(jīng)成為現(xiàn)實，正如西門子德國安貝格的數(shù)字化工廠所展示的那樣。安貝格工廠生產(chǎn)Simatic可編程邏輯控制器，實現(xiàn)了75％的自動化程度和99.99885％的質(zhì)量合格率。不過，這些部件都是大批量生產(chǎn)的。每年有1200萬件Simatic控制器發(fā)往全球各地的6萬多個客戶。因此，大批量生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)實。現(xiàn)在制造業(yè)更為需要的是超越基本的自動化，以自主執(zhí)行任務(wù)的能力支持小批量、多品種生產(chǎn)，從而滿足用戶日益增長的定制化需求。傳統(tǒng)自動化目前仍無法支持“單件定制化生產(chǎn)”實現(xiàn)盈利。

在西門子中央研究院，Kai Wurm博士和Georg von Wichert博士率領(lǐng)的團隊致力于自主系統(tǒng)的研究，并成功解決了這個問題。Wurm指出：“我們的雙臂智能機器人原型證明，經(jīng)濟劃算的‘單件定制化生產(chǎn)’是可以實現(xiàn)的。將來，機器人將不再需要花費大量時間進行成本高昂的編程，不再需要僅能實現(xiàn)固定組裝操作的冗長代碼。我們只需要指定任務(wù)，系統(tǒng)就會自動將這些指令轉(zhuǎn)換成程序?！?

過渡到語義信息

Wurm表示：“我們只需告訴機器人，把某個部件安裝到導(dǎo)軌上，它就會執(zhí)行這個操作。”作為一個簡化的例子，這項任務(wù)描述了 “單件定制化生產(chǎn)”的內(nèi)涵。其中涉及加工或組裝含有不同部件的多樣化產(chǎn)品。機器人從關(guān)聯(lián)的軟件模型中獲取制造產(chǎn)品的相關(guān)信息。傳統(tǒng)的機器人無法理解這種CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計和制造）模型，但新的機器人原型可以做到。從某種意義上說，這就好像機器人能夠理解不同的語言，從而不必對其運動和工藝進行編程。

為此，機器人逐層拆分任務(wù)，如將“組裝”這一總命令拆分為“拾取”和“遞交”等可執(zhí)行動作，直到機器人*終移動手臂或張開抓手。機器人能自己決定哪個手臂應(yīng)該執(zhí)行哪項任務(wù)。為做到這一點，開發(fā)人員賦予機器人將信息從產(chǎn)品開發(fā)軟件提取到語義層的能力。

重大目標(biāo)：Georg Wichert（左）和Kai Wurm開展的研究證明，經(jīng)濟可行的單件生產(chǎn)是可以實現(xiàn)的。

Wurm指出：“產(chǎn)品部件和工藝信息在語義層面被轉(zhuǎn)換成知識本體和知識圖表，將原本隱含的信息清楚表達出來。到目前為止，對于將X部件卡入Y導(dǎo)軌這樣的任務(wù)，人們必須以代碼的形式教給機器人。不過，我們的原型機器人會自己分析問題并找到相應(yīng)的解決方案?！?

在西門子原型的演示中，機器人手臂右側(cè)的顯示器上以非常簡化的形式展示了這一過程。顯示器顯示兩行色塊，每個色塊都帶有例如“組裝”（左欄）和“拾取”（右欄）等詞。這些色塊以類似滾動網(wǎng)頁的方式向上移動。色塊描述每個組裝步驟。在左邊的顯示器上，屏幕顯示機器人手臂在生產(chǎn)過程開始時接收到的信息，包括周圍區(qū)域及主體的3D描述。在演示系統(tǒng)上方另有兩個屏幕，展示機器人手臂通過集成攝像頭看到的畫面。

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向自糾正系統(tǒng)邁進

西門子中央研究院的原型系統(tǒng)還有糾錯功能，不必事先預(yù)設(shè)錯誤（之前不知道會有錯誤發(fā)生，所以糾錯沒有被事先告知是一種選項）。例如，如果一個部件滑落，只要它在攝像頭的視野內(nèi)，機器人手臂就能夠找到該部件。然后，手臂將拿起部件并調(diào)整所有后續(xù)動作，并正確安裝。如果部件安裝在另一側(cè)，該手臂會把部件交給另一只手臂。這些突破性的開發(fā)成果是“公司核心科技（Company Core Technology）——自動化未來項目”的一部分，CCT使西門子能夠?qū)Ｗ⒂陉P(guān)鍵創(chuàng)新領(lǐng)域，如“數(shù)字化雙胞胎”、人工智能和增材制造。

當(dāng)然，組裝控制柜只是一個開始。西門子開發(fā)人員設(shè)想的是自組織的生產(chǎn)設(shè)施，可以響應(yīng)自主改變的生產(chǎn)要求，不斷優(yōu)化操作，并充分利用互相協(xié)助的機器人。這些設(shè)施將是革命性的進展，即可自我饋送設(shè)計數(shù)據(jù)、糾正錯誤并自行計算所有動作和行為的系統(tǒng)。Wurm表示：“很多其他研究人員正試圖解決這個問題，但市場上的產(chǎn)品都不如我們所開發(fā)的。”