機(jī)器人技術(shù)推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)由規(guī)?；a(chǎn)走向規(guī)?；ㄖ?。

在第二次工業(yè)革命的高潮期，亨利·福特（Henry Ford）將裝配線引入汽車(chē)制造中，這是一項(xiàng)了不起的成就?，F(xiàn)在看來(lái)，事實(shí)并非如此。歷史學(xué)家追溯了裝配線的起源，其歷史可以追溯到公元1104年威尼斯兵工廠的建立。

盡管隨著時(shí)間的流逝，未來(lái)工廠的自動(dòng)化水平越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

為了降低單價(jià)并最大程度地提高利潤(rùn)，工廠自動(dòng)化一直以來(lái)都在降低制造成本，消除產(chǎn)品質(zhì)量的差異并快速批量生產(chǎn)商品。為此目的，工廠自動(dòng)化已經(jīng)取得了成功，但未來(lái)將不再是大規(guī)模生產(chǎn)，而將是大規(guī)模定制。也就是說(shuō)，“一刀切”的所有產(chǎn)品，將逐漸讓位于為滿(mǎn)足每個(gè)消費(fèi)者的特定需求而定制的產(chǎn)品。因此，工廠將必須變得極為靈活，同時(shí)還要在連通性和能源效率方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步，以保持競(jìng)爭(zhēng)力。今天的工廠自動(dòng)化與個(gè)人計(jì)算機(jī)革命之前的大型計(jì)算機(jī)時(shí)代相當(dāng)成熟。值得慶幸的是，許多新興的支持工廠自動(dòng)化的技術(shù)正在涌現(xiàn)，以助推下一個(gè)“工業(yè)4.0”。

當(dāng)大多數(shù)人想到工廠自動(dòng)化時(shí)，他們就會(huì)想到機(jī)器人。當(dāng)今工廠中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)機(jī)器人都是特制的。由于專(zhuān)注于生產(chǎn)，當(dāng)代的機(jī)器人不會(huì)挑剔工作的環(huán)境，為了保護(hù)人類(lèi)同事的安全，許多機(jī)器人被放在籠子后面。由于集成了廣泛的傳感器和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能，下一代機(jī)器人工廠的工人將擁有遠(yuǎn)超人類(lèi)的視覺(jué)功能。

來(lái)自Rethink Robotics的制造機(jī)器人Baxter是工程師為明天的工廠建造的示例。百特的起價(jià)為25,000美元，就工業(yè)制造機(jī)器人而言，其價(jià)格極為實(shí)惠。可以對(duì)這些自適應(yīng)機(jī)器人進(jìn)行培訓(xùn)，以執(zhí)行各種任務(wù)，例如機(jī)器維護(hù)，包裝/拆包，生產(chǎn)線裝載，甚至收拾工作，所有這些都不需要復(fù)雜的軟件重寫(xiě)或硬件更換。例如，只需讓人類(lèi)訓(xùn)練員通過(guò)一系列所需的動(dòng)作手動(dòng)操縱機(jī)器人手臂，就可以將百特重新編程為執(zhí)行不同的功能。換句話(huà)說(shuō)，百特通過(guò)執(zhí)行由動(dòng)手人類(lèi)老師教給他的任務(wù)來(lái)學(xué)習(xí)，而不是讓工程師進(jìn)行相當(dāng)于機(jī)器人手術(shù)的重新布線和內(nèi)部編程的學(xué)習(xí)。

此外，下一代工廠機(jī)器人也被從籠子中解放出來(lái)，旨在與人類(lèi)緊密親密合作。這些機(jī)器人正在執(zhí)行繁重的重復(fù)工作，因此人類(lèi)工人可以自由地專(zhuān)注于那些僅需要人類(lèi)才能提供的靈巧性或分析能力的任務(wù)。簡(jiǎn)而言之，我們將越來(lái)越多地看到在工廠中出現(xiàn)人類(lèi)/機(jī)器人制造團(tuán)隊(duì)。

工廠由許多不同制造商制造的機(jī)械組成。諸如可編程邏輯控制器（PLC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）之類(lèi)的設(shè)備代表了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的最大市場(chǎng)領(lǐng)域控制這些機(jī)器。還有其他一些較小的解決方案，每個(gè)解決方案都具有自己獨(dú)特的通信協(xié)議?；ゲ僮餍酝ǔＪ峭ㄟ^(guò)使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，協(xié)議轉(zhuǎn)換器為工廠的生產(chǎn)線增加了成本和復(fù)雜性。此外，機(jī)器之間的互連需要長(zhǎng)距離使用各種布線配置和連接器的電纜。這意味著重新配置生產(chǎn)線以適應(yīng)設(shè)計(jì)或制造技術(shù)的變化并非易事，并且這樣做通常需要大量的停機(jī)時(shí)間。

在協(xié)議棧的下方，我們已經(jīng)看到融合為基于TCP / IP的以太網(wǎng)作為工業(yè)互連標(biāo)準(zhǔn)。所謂的工業(yè)以太網(wǎng)使用與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相同的協(xié)議，同時(shí)提供更堅(jiān)固耐用的外殼和連接器，以適應(yīng)工廠設(shè)置中遇到的獨(dú)特而惡劣的環(huán)境條件（例如溫度，振動(dòng)，化學(xué)物質(zhì)）。我們還看到更多無(wú)線解決方案的采用，因?yàn)樗鼈儾恍枰?gòu)買(mǎi)昂貴的電纜，也不需要電纜安裝和重新配置所需的勞動(dòng)力。有趣的是，802.15（藍(lán)牙?，基于Zigbee的協(xié)議比802.11（WiFi）的采用率更高，因?yàn)樗鼈儍A向于低功耗。實(shí)際上，許多傳感器將通過(guò)收集周?chē)腞F或熱能并將其轉(zhuǎn)換為電流來(lái)供電。無(wú)線解決方案使工廠能夠即時(shí)靈活地進(jìn)行配置。這是實(shí)現(xiàn)需要更多定制產(chǎn)品而又不會(huì)顯著增加成本的市場(chǎng)需求的關(guān)鍵要求。

到目前為止，大多數(shù)人已經(jīng)接觸到3D打印機(jī)的概念，該概念使工廠能夠使用比銑床中使用的減法方法更有效的增材制造技術(shù)。盡管大多數(shù)人對(duì)3D打印機(jī)的接觸僅限于在許多家庭和制造商場(chǎng)所坐在桌面上的低成本塑料打印機(jī)的爆炸式增長(zhǎng)，但工業(yè)3D打印卻要先進(jìn)得多?？偛课挥诤商m的研究小組TNO最近展示了一種增材制造機(jī)器，該機(jī)器使用100個(gè)平臺(tái)在轉(zhuǎn)盤(pán)上移動(dòng)，以沉積各種材料，例如塑料，金屬和陶瓷，從而制成整個(gè)產(chǎn)品。

現(xiàn)在，我們經(jīng)常將流水線的概念與傳送帶聯(lián)系起來(lái)，傳送帶將原材料從一個(gè)工人運(yùn)送到另一個(gè)工人，直到最終產(chǎn)品投產(chǎn)為止。但是，傳送帶系統(tǒng)是固定的，沒(méi)有大量額外費(fèi)用就無(wú)法重新配置。輸入便攜式流水線的概念，該流水線用無(wú)電池自動(dòng)駕駛汽車(chē)代替?zhèn)魉蛶⒄谶M(jìn)行的工作從一個(gè)工作站移到另一個(gè)工作站。機(jī)器人車(chē)輛的使用將使制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）能夠在接到通知后立即重新布置虛擬裝配線，以反映公司的企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）工具收集的實(shí)時(shí)需求。這將使適應(yīng)性工廠能夠根據(jù)銷(xiāo)售數(shù)據(jù)精確生產(chǎn)市場(chǎng)需求，從而減少對(duì)脆弱的銷(xiāo)售預(yù)測(cè)的依賴(lài)。

納米技術(shù)，奇異復(fù)合材料和嵌入式MEMS技術(shù)將繼續(xù)改變工廠的面貌，以便考慮到采用新材料的建筑產(chǎn)品帶來(lái)的新制造技術(shù)。例如，工程師正在研究替換與當(dāng)今復(fù)合材料制造相關(guān)的大型高壓釜的方法。一種有前途的解決方案是結(jié)合微波以幫助快速固化大體積或大體積的復(fù)合材料組件。微波固化還具有減少能耗和進(jìn)行部分固化的優(yōu)勢(shì)。這意味著裝配體的不同部分可以以不同的速率固化，從而實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)高壓滅菌器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新穎裝配技術(shù)。

越來(lái)越多的制造企業(yè)認(rèn)識(shí)到，提高能效是降低管理費(fèi)用和提高利潤(rùn)率的關(guān)鍵因素。工廠正在尋求通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)可再生能源來(lái)減少對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài)。在給定的地理位置上利用最豐富的可再生能源，除了被認(rèn)為對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)外，還將越來(lái)越具有經(jīng)濟(jì)意義。特斯拉所謂的Gigafactory，預(yù)計(jì)將有190萬(wàn)平方英尺的空間，目前在內(nèi)華達(dá)州正在建設(shè)中，由于其利用了地?zé)幔?yáng)能和風(fēng)能，預(yù)計(jì)產(chǎn)生的可再生能源將超過(guò)其運(yùn)營(yíng)所需的能源。

工廠的另一個(gè)巨大機(jī)遇將是采用高效電機(jī)。工廠消耗世界上產(chǎn)生的電能的40％以上，僅電動(dòng)機(jī)就消耗了近30％。可再生能源和電池技術(shù)正在幫助解決能源方程式的供應(yīng)方問(wèn)題，而高效電動(dòng)機(jī)則有助于解決需求部分。機(jī)器的設(shè)計(jì)必須便于對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，以最大程度減少與未來(lái)升級(jí)相關(guān)的成本和停機(jī)時(shí)間。

現(xiàn)代工廠是經(jīng)過(guò)微調(diào)的系統(tǒng)，可以通過(guò)將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹瞥善穪?lái)為我們的經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造價(jià)值，同時(shí)還要與法規(guī)遵從性，安全性等競(jìng)爭(zhēng)力量相抗衡關(guān)注，質(zhì)量保證和保持成本效益。因此，改變生產(chǎn)線并不是一件容易的事，許多工廠經(jīng)理理所當(dāng)然地對(duì)自己的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行修補(bǔ)。但是，在建立制造能力障礙的成本直線下降的時(shí)代，看到啟動(dòng)效應(yīng)影響工廠規(guī)模制造并

非不可想象。臺(tái)式機(jī)制造市場(chǎng)的增長(zhǎng)將使情況更加復(fù)雜，這將消除大型工業(yè)工廠生產(chǎn)低端消費(fèi)品的需求。盡管從這個(gè)角度看似乎是注定要失敗，但精明的工廠經(jīng)營(yíng)者將看到擺脫低利潤(rùn)率業(yè)務(wù)的千載難逢的機(jī)會(huì)，轉(zhuǎn)而尋求可以利用這些新興工廠自動(dòng)化技術(shù)的豐厚機(jī)會(huì)。

一些技術(shù)專(zhuān)家設(shè)想到一個(gè)世界，在這個(gè)世界中，工廠將放棄固定的基礎(chǔ)設(shè)施并變得可移動(dòng)，以便工廠可以搬到最便宜的原材料的位置，而不是將這些資源運(yùn)到工廠，從而降低了運(yùn)輸成本，成為單價(jià)方程式的一部分。在這種情況下，高度的自動(dòng)化是至關(guān)重要的。由于建立工廠的成本直線下降，其他人看到了本地化工廠的復(fù)興。這些所謂的“微型工廠”可以獲取便宜的半成品，并在當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)進(jìn)行最終組裝和定制。反過(guò)來(lái)，這意味著可以減少向消費(fèi)者的運(yùn)輸成本，從而降低單價(jià)。在這些新的陸上工廠所服務(wù)的地區(qū)直接提供就業(yè)機(jī)會(huì)也將帶來(lái)額外的好處。

無(wú)論工廠自動(dòng)化的未來(lái)如何發(fā)展，技術(shù)將繼續(xù)建立在數(shù)百年來(lái)人類(lèi)驚人的創(chuàng)新力和創(chuàng)造力之上。明天的工廠無(wú)疑將變得更加強(qiáng)大，適應(yīng)能力強(qiáng)，能源效率高，同時(shí)生產(chǎn)出具有成本效益的，高度定制化的產(chǎn)品，以滿(mǎn)足全球客戶(hù)的需求。