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中国工程院院刊▲前沿研究丨工业机器人在智能制造中的角色( 五 )


（五）3C产业的3C需求
组装业一向被认为是机器人应用的巨大潜在市场 。 当3C产品的需求数量上升 ， 急需快速架设生产所需的流水线与工作制具 ， 作业员按照工作流程的标准作业程序（standardoperatingprocedure,SOP）执行重复但有限的任务 。 这样的量产模式是典型的工业2.0范例 。 工业3.0则包含了控制系统 ， 但未完全将大部分组装自动化 ， 如同汽车产业的终端组装作业 ， 至今仍然依靠着双手在整洁的车间里组装最终的汽车部件 。 这些组装作业相当依靠人工操作 ， 可是当作业员的需求数量增大 ， 为了减轻招募作业员的压力 ， 导入自动化的想法会不断地产生 ， 这就需要制造业者有智慧地进行长期规划并投入开发 。 人工的优势在于灵巧性、快速的视觉/触觉反馈以及弹性化 ， 机器人组装的挑战很大 ， 当人工成本增加到某一阶段 ， 机器人应用于组装的优势将会明朗化 。
装配厂面临的另一个挑战是占地面积 。 随着大量产品的生产 ， 占地面积非常大 。 因此 ， 自动化和机器人系统必须紧凑以节省空间 。 装配中机器人技术的另一个挑战是感官能力 。 人类工作者可以使用许多认知能力 ， 如视觉和触觉 ， 诸如此类的能力在装配操作中的许多任务中是必需的 。 简单来说 ， 3C产业的要求也可以用“3C”的形式概括：成本、紧凑和认知 。
（六）移动机器人及移动机器人系统
自动导航小车（automatedguidedvehicle ， AGV）在工厂里协助运送待组装的部件及接受命令 ， 执行弹性的任务 。 当产品或制程变换时 ， 它们可以被再次编程并完成任务 。 这样的特性可以将它们归类为机器人 ， 或更确切地称之为移动机器人（mobilerobot,MR） 。
一个“熄灯工厂”通常会有一些移动机器人或流水线协助搬动产品及组件（图6） 。 移动机器人与自动化生产线及主控机器人进行连接 ， 进而达到沟通与协作 ， 促使整体工厂自动化 。 在这个情形中 ， 移动机器人成为了一个移动机器人系统（mobilerobotsystem,MRS） ， 可以主持物流计划、呼叫、排程与故障处理 。 不同的车间有不同的需求 ， 这需要许多定制化来配合MRS 。 如同组装自动化 ， 成本对工厂导入MR及MRS的意愿有很大的影响 。 MR及MRS尚有很大发展的空间 。 这也是个分布式的市场 ， 有些是高端、高度功能性的系统 ， 也有些是低端、精简的系统 ， 所提供的服务与支持也是非常多样化 ， 从积极支持到完全不提供支持 ， 这分布式的市场可能将会迎来更多的创新及商业模式 。 MR与MRS是在完善智能制造中自动化机器人的重要伴侣 。
中国工程院院刊▲前沿研究丨工业机器人在智能制造中的角色
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图6.智能工厂中的MR与MRS
（七）工业机器人智能——分配式与连接式
科幻小说与电影激发了人们对机器人的幻想 ， 因其有高度智慧及类似人类的思考与行为 。 但是工业机器人是用来辅助制造 ， 并不是为了达到单机的高智慧 。 单机智慧与分配式智能其实是不同的开发理念 。 虽然非常特殊的计算机或机器人可能能够赢得国际象棋比赛或自动驾驶汽车 ， 但这并不代表工业机器人也必须往此智能模式方向发展 。
事实更像是Moravec的悖论：“使计算机在智力测试或玩跳棋时表现出成人级别的表现相对容易 ， 但要展现出一岁儿童的认知能力及机动性就相对困难甚至不可能 。 ”在工业机器人的应用里 ， 机器人在工厂执行的任务是局限性的物理动作 ， 而不是高智慧的判断 。 从科学家针对移动步法所做的研究来看 ， 工业机器人的动作还是相对简单的 。 工业机器人的智能部分可以以“Agent”（“代理”）的方式来看 ， 任务分配至控制系统的底层进行处理 ， 加上传感器、视觉影像、逻辑控制与通信共同协作而达成底层级（或称为核心层）的精简有效的控制系统 。 系统里众多的“代理”相互沟通进而产生了一个群体智能 。 这个群体智能可以通过高速的串口通信连接 ， 这样在现实世界里才是工业机器人的智能 。


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