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在自動(dòng)化領(lǐng)域，新的技術(shù)突破即將出現(xiàn)。在位于慕尼黑的西門子實(shí)驗(yàn)室，只要提供產(chǎn)品生產(chǎn)工作單，機(jī)器人就可以自主選擇如何組織動(dòng)作執(zhí)行任務(wù)。與此同時(shí)，慕尼黑科技大學(xué)的一支聯(lián)合團(tuán)隊(duì)正在研究如何使這類機(jī)器人在生產(chǎn)過(guò)程中與人類安全互動(dòng)。

Georg von Wichert的實(shí)驗(yàn)室里到處都是機(jī)械臂。有的有兩根“手指”，有的則是三根。在不久的將來(lái)，有的機(jī)械臂甚至可能配備像人手一樣的機(jī)械手。通過(guò)編程，這些來(lái)自不同機(jī)器人制造商的機(jī)械臂可以夜以繼日地不停抓取和放置同類物品。另外，它們甚至可能能夠完成以前從未有人完成的工作。

配備多種傳感器和創(chuàng)新軟件后，機(jī)械臂或許能在裝配線上與工人并肩協(xié)作，將電纜交替接入電子設(shè)備、測(cè)試連接、拋光屏幕，甚至根據(jù)工人的動(dòng)作提示轉(zhuǎn)而執(zhí)行新任務(wù)或不斷切換任務(wù)。所有這些動(dòng)作的執(zhí)行都無(wú)需重新編程。西門子中央研究院的Georg von Wichert是機(jī)器人、自主系統(tǒng)和控制研究小組的負(fù)責(zé)人，他表示：“我們希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是告訴機(jī)器人應(yīng)該做什么，而不是如何去做。簡(jiǎn)而言之，我們希望由‘它’自主決定在執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要做些什么。”

當(dāng)機(jī)器人伸出它的三叉鉗去抓取物體時(shí)……

……它會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算出相關(guān)的優(yōu)化動(dòng)作

……它的計(jì)算依據(jù)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)融合。

要理解這一愿景的革命性意義，必須明白以下兩件事：這項(xiàng)技術(shù)將改變游戲規(guī)則，并讓建設(shè)機(jī)器人制造單元的成本降低50%左右。Kai Wurm在西門子中央研究院負(fù)責(zé)一個(gè)自主系統(tǒng)的項(xiàng)目，他解釋道：“目前，我們需要為機(jī)器人做出的每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行復(fù)雜的編程。而在未來(lái)，它收到的將不再是一條條程序，而是一份工作單。那時(shí)，我們將不用再編寫(xiě)五頁(yè)長(zhǎng)的代碼去讓機(jī)器人按照規(guī)定順序完成動(dòng)作來(lái)裝配一個(gè)簡(jiǎn)單物品，而只需向其任務(wù)，然后系統(tǒng)就會(huì)自主把任務(wù)的技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換為程序。”

自動(dòng)化靈活性
為什么這一點(diǎn)極為重要？一言以蔽之：經(jīng)濟(jì)性。為了最大限度提升競(jìng)爭(zhēng)力，大部分制造商都想減少生產(chǎn)批次，加強(qiáng)產(chǎn)品個(gè)性化定制。然而，在傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的條件下，只能通過(guò)兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：盡可能詳盡地為每個(gè)可能變量進(jìn)行編程，然而這很可能會(huì)變成一項(xiàng)極其復(fù)雜、耗時(shí)且成本高昂的工作，它顯然不適用于小批量生產(chǎn)。或者可以增加生產(chǎn)線上的工人數(shù)量，但由于客戶需求瞬息萬(wàn)變，且工人需要相關(guān)培訓(xùn)，這種做法不僅成本高昂，而且不切實(shí)際。

新任務(wù)？沒(méi)問(wèn)題。未來(lái)的機(jī)器人無(wú)需詳盡的指示，就能裝配過(guò)去從未見(jiàn)過(guò)的物品。

那么，解決方案是什么呢？我們可以稱它為自動(dòng)化靈活性（automated flexibility）。它的工作原理可以歸納為一個(gè)聽(tīng)起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單的過(guò)程：在收到裝配任務(wù)的明確指示后，機(jī)器人將獲得一個(gè)零部件列表及其幾何形狀的相關(guān)模型。依據(jù)這些信息，它可以計(jì)算出各式各樣的動(dòng)作。就算你需要在幾個(gè)小時(shí)后改變訂單，這些機(jī)器人也*實(shí)現(xiàn)。von Wichert表示：“這一系統(tǒng)的絕妙之處在于只要給它一個(gè)新的任務(wù)描述和不同物體模型，它就能裝配出新物品，而無(wú)需重新編程。”

雖然這些生產(chǎn)線上的機(jī)器人系統(tǒng)并不能自己想出管理一座工廠的方法，但它們確實(shí)具備一定的自主性。例如，當(dāng)這種機(jī)器人伸出機(jī)械臂去抓取物體時(shí)，它會(huì)整合來(lái)自頭部和手部的攝像頭等傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出相關(guān)的優(yōu)化動(dòng)作。當(dāng)它做出行動(dòng)時(shí)，它知道自己必須避免觸碰到其他物體，尤其是身旁的人類。

在面對(duì)錯(cuò)誤和新情境時(shí)，使用von Wichert實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的軟件的機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始展現(xiàn)出它們的靈活性。例如，如果某個(gè)組件無(wú)法插入插槽，那么機(jī)器人將嘗試改變角度，再試一次。盡管大多數(shù)機(jī)器人的夾具（機(jī)械手）只能抓取單個(gè)預(yù)先定義的物體，但von Wichert實(shí)驗(yàn)室里的機(jī)器人可以使用同一個(gè)夾具來(lái)抓取五花八門的物體而無(wú)需改變硬件。Wurm指出：“我們所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的新穎之處在于，它能根據(jù)概括性的任務(wù)描述，自動(dòng)生成具體動(dòng)作。”

生產(chǎn)搭檔？

這項(xiàng)技術(shù)將有可能極大地提高靈活性。目前，西門子的研究人員與慕尼黑科技大學(xué)的一支聯(lián)合團(tuán)隊(duì)正在合作探索未來(lái)制造業(yè)最大的技術(shù)趨勢(shì)之一：人類與機(jī)器人之間的協(xié)作。慕尼黑科技大學(xué)的博士生Gerold Huber表示：“我們實(shí)驗(yàn)室中的很多人都認(rèn)為產(chǎn)品的多樣性及相關(guān)裝配步驟將出現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng)。這將產(chǎn)生對(duì)機(jī)器人與人類靈活合作這一混合生產(chǎn)模式的巨大需求。”

為此，西門子與慕尼黑科技大學(xué)聯(lián)合小組正在研究人類與機(jī)器人如何在生產(chǎn)環(huán)境中互補(bǔ)，以及如何優(yōu)化它們的“社交”互動(dòng)。例如，盡管未來(lái)的工廠機(jī)器人將配備視覺(jué)和力量傳感器以讓它們?cè)诩磳l(fā)生碰撞時(shí)往后退，但它們絕不應(yīng)該太靠近人的臉部。

研究人員正在探究如何優(yōu)化機(jī)器人與人類工人之間的“社交”互動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)速度。

運(yùn)動(dòng)速度是另一個(gè)社交因素。如果機(jī)器人距離最近的人類有兩、三米遠(yuǎn)，那么它應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要盡可能地快速運(yùn)動(dòng)；但如果它很靠近工人，那么它的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)隨之降低。與此相關(guān)的概念是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“易辨識(shí)度”。當(dāng)工人與機(jī)器人合作時(shí)，機(jī)器人的動(dòng)作必須足夠緩慢、足夠清晰，以便人類可以判斷機(jī)器人接下來(lái)的行為。Huber說(shuō)：“我們將在動(dòng)作規(guī)劃系統(tǒng)中加入諸如此類的特性。”

望向未來(lái)的實(shí)驗(yàn)室

在慕尼黑南部的西門子中央研究院中，von Wichert和他的同事正在實(shí)驗(yàn)室中部署一個(gè)配備六只機(jī)械臂的微型生產(chǎn)中心。像人手一樣的夾具能夠抓取它們此前從未見(jiàn)過(guò)的物體。這標(biāo)志著研究人員又向裝配復(fù)雜部件的目標(biāo)邁出了新的一步。von Wichert說(shuō)：“很快，這些機(jī)器將能夠理解拿起一個(gè)東西并將之裝到另一個(gè)東西上的含義，它們將從不斷積累的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并為自己重新編寫(xiě)程序。這就好像打開(kāi)了一扇通向嶄新世界的大門。”