柔性生产切线难题：机械臂闲置背后的机会与挑战
柔性生产切线带来的问题和机遇。作者｜赵健
2023年，唯一智造CEO张志奇参观工厂时，经常看到这样令人困惑的场景：一群工人在生产线上忙碌，而工人的不远处有一个或几个闲置的机械臂。静静地在工厂的角落里“吃灰”。
机械臂作为工厂自动化生产线的重要组成部分，在焊接喷涂、装配搬运、机床上下料等方面发挥着重要作用，在工厂应该有非常成熟的实施场景。为什么工厂不使用这些花了很多钱来做工作的机械臂呢？
与厂长沟通后，张志奇恍然大悟，他把这个问题概括为“柔性生产的切线问题”。
柔性生产是指为适应不断变化的市场需求和激烈的市场竞争而采取的多品种、小批量的按需生产方式。在柔性生产模式下，工厂将在几周或几天内收到新产品的生产需求。当产品的尺寸和规格不断变化时，工厂的生产线需要重新布置——这个过程称为“坦克”。
如果使用机器人进行工作，则每次生产线切割都需要重新调整生产线和机器人系统。更要命的是，本周刚刚调试好的机械臂，下个月可能就不再适合切线了。对于工厂，尤其是中小型工厂来说，这是难以承受的成本。
随着时间的推移，这些工厂干脆放弃了机械臂，转而喜欢手工劳动的灵活性和便利性，许多机械臂最终在工厂里落满了灰尘。
张志奇看到的并不是某家工厂的个案，而是大多数中小型工厂正在经历的普遍情况。张志奇告诉《甲子光年》，直到今天，柔性生产的切线仍然是一个普遍问题，没有通用的解决方案。
放眼全球，机器人设备的普及率仍然较低。截至2022年，虽然中国已经是全球最大的机器人市场，但每万名工人拥有工业机器人数量为392台，低于韩国（1012台）、新加坡（730台）、德国（415台）和日本。 （397台）成为工业强国后仍有很大提升空间。
哪里有市场需求，哪里就有市场机会。柔性生产这个切题的问题，正是伟一智造抓住的进军工业制造大市场的机会。
1、解决2000人工厂的生产力问题
江苏省常州市是重要的工业城市。常州有一家“国联”公司，专门生产手机充电器。 2017年，在这家水果连锁公司3000多人的工厂里，有2000人专门负责外观缺陷的检测。
产品外观缺陷质量检验是3C、汽车等工业产品出厂前必不可少的一道工序。在过去的几十年里，用于质量检测的工业视觉是今天看来非常简单的传统机器视觉算法。只能识别长、宽、高、有无等简单的基本要素，如果涉及到更多维度的外观检测，比如手机屏幕表面缺陷的检测，是否是凹凸、划痕、裂缝，只能依靠人的经验来识别。
随着2015年后深度学习的兴起，深度学习算法作为机器视觉领域的主要算法，已经成为工业视觉技术迭代的一大趋势。 2018年，为一智造成立，抓住深度学习算法在工业质检场景落地的机遇。
当时，常州“果链”公司工厂每天出货200万件，每个质检员每天检验1万件左右。长时间的工作往往会对质检人员的眼睛造成不可逆转的伤害，而且人员的流动率也很高。因此，他们正在市场上寻找用人工智能质检代替人工的方法。维易智造团队凭借更高效的混合视觉算法赢得了客户的青睐，双方就此展开了长期合作。
这家“水果连锁”公司也是唯一智造的首个种子客户。伟一智造为此设定了一个小目标：首先利用AI技术解放这家工厂2000人的生产力。
虽然伟易智造拥有强大的算法团队，但产品外观缺陷质量检测需要的不仅仅是算法，而是包括算法和硬件设备在内的一整套解决方案。为此，伟一智造需要根据产品特性和质检需求定制智能质检设备，完成不同场景的开发和应用。
这个复杂的方案确实一开始就解决了实际问题，一台机器最多可以替代16个人。
但新的要求很快就接踵而至。以最常见的消费电子产品手机为例。手机制造商每年都会推出多种型号，尺寸和结构都有所变化。如果产品型号需要改变，生产线也需要重新切割，光学设备、AI算法以及整机设备都需要重新适配。
特别是考虑到工厂对柔性生产的需求不断增加，许多工厂可能必须每隔几周或仅仅几天就更换一次生产线。如果每次修线都需要重新适配质检设备，成本将不可控。
经历了几次这样的过程后，张志奇意识到质检计划需要升级迭代。
2. 当算法公司开始玩机械臂时
如何解决切线问题？
第一个想法是与自动化设备集成商合作，让这些“能工巧匠”开发出更灵活、适应性更强的设备，可以兼容更多的产品型号，以应对每次线切割带来的调试过程。 。但这不仅带来了很大的技术挑战，而且从长远来看只能是一个过渡方案。
想了想，回到第一原理，什么样的自动化产品既能满足质检场景的检测需求，又能通过软件程序灵活控制？在与机器人行业的一些专家交流后，微翼智造团队将目光投向了机械臂。
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机械臂已经发展了近40年。它们是工厂自动化的重要组成部分，诞生了众所周知的工业机器人“四大家族”——ABB、库卡、发那科、安川。然而，在工业质量检测领域，机械臂的使用却很少。
在传统的3C产品或汽车行业中，机械臂用于组装搬运、机床上下料等重复性高但不复杂的场景，因此需要对机械臂进行设置和调整的点并不多。然而，对于质量检验来说，即使是最简单的产品，也需要数十张照片来捕捉每个角落。对于稍微复杂的产品，可能会拍摄数百张照片。这些点的数量和精度可能是汽车、3C等产品的几十、几百倍。
工厂对生产效率有要求。如果他们想使用机械臂，为了在更短的时间内完成对产品各个点的检测，只有两种办法，要么增加机械臂的数量进行并行加工，要么增加单个机械臂的数量。机器。手臂运动的速度。
那时候，机械臂的价格还没有现在这么低。那时，一个工业机械臂可能要花20万元。增加机械臂的数量意味着成本增加一倍，这对于工厂来说是难以接受的。如果想要提高机械臂的运动速度，就需要对机械臂进行更精细的运动控制，告诉机械臂做什么。什么时候应该快，什么时候应该慢，飞机什么时候应该经过沿途点。这就需要进一步接触到机械臂底层的操作控制算法。然而，传统自动化设备厂商一般只通过机械臂厂商提供的编程接口进行程序设置，而机械臂厂商很少开放这样的底层接口。
由于这两个原因，机械臂在工业质量检测领域的应用很少。张志奇告诉《甲子光年》：“跳进这个坑后，我们才明白为什么以前没有人用机械臂。”
为了从定制化的陷阱走向标准化交付，伟一智造决定一一攻克这些难关。从技术角度来看，由于质检的难点在于机械臂本身的运动控制范围和精度无法满足多点质检的要求，那么这个控制系统是否可以优化呢？
唯一智造的想法是绕过机械臂的控制器，直接通过底层算法精确控制机械臂的轴，形成唯一智造独立可控的机械臂系统。这件事的难点在于，控制器关系到机械臂核心的运动控制核心算法。这些都是机械臂制造商面临的核心技术壁垒。他们如何能够轻松地向外界开放核心算法？
张志奇半开玩笑地说：“运动控制背后的算法是四大家族的秘密，不知道锁了多少层保险柜。”
最初，为了克服机械臂预设运动控制的算法限制，伟易智造与多家机械臂厂商接洽，探讨算法方面的开放合作。经过长时间的努力，发那科终于同意了。发那科将J519实时高速通信协议授权给伟一智造。通过维易运动规划算法，机械臂各轴伺服机构能够准确、快速地执行轨迹定时和IO信号触发。
伟易智造是国内首批获得该协议授权的FANUC公司之一。张志奇表示，像伟易智造这样将机械臂运用到极致的情况并不多见。
玩完机械臂后，张志奇经常被问到一个问题：“伟易智造是机器人公司还是人工智能公司？”张志奇通常这样总结：“我们比AI公司更了解机器人，我们比机器人公司更了解机器人。AI。”
就这样，微翼智造的算法团队通过对机械臂的潜心研究，最终解决了工业场景的定制化问题，进入标准化产品阶段。
3.从“盲人抬跛子”到具身智能
2021年，伟一智造对技术栈进行了积累和总结，逐步形成了一套较为完整的技术方法论，伟一智造称之为“眼、手、脑”技术战略。
在这套解决方案中，伟易智造以视觉AI为技术基础，融合了从感知（眼睛）到场景、沉淀数据、机器人智能控制（手）、AI算法和训练模型（大脑）等多种跨领域技术。 ），通过利用云端灵活的计算能力，实现质检的统一工程化改造，满足工厂现场应用点的需求。
从今年开始，伟易智造开始按照“眼、手、脑”的技术方向进行技术团队研发。有的专注于机器人控制，有的专注于光学系统，有的专注于AI算法，还有的专注于数据运算等平台能力。
伟易智造的初衷是看到这种技术组合从单点工业质量检测走向更广泛的工业制造场景的机会。例如，在工业质检的“手”（机械臂）上增加一个工具，类似于磨刀器，可以用来抛光；更换为抓取组装零件的机械手，即可用于组装。
当微易智造首次提出“眼手脑”战略时，具身智能尚未作为正式术语被业界研究。但今天看来，“眼手脑”的技术组合已经形成了具身智能的核心要素。
但早期的“眼、手、脑”仍然是相对独立的系统。例如，如果质检时工件被移走，整套设备仍然会按照既定路线进行质检流程，但拍出来的照片就没用了，因为系统本身并不知道检测对象。被带走了。
张志奇告诉《甲子光年》：“当时的视觉系统就像眼睛，机械臂的运动机构就像人的手、腿、脚。但两者的组合还是有差距的。”二、就像一个盲人扛着一个跛子，跛子在指挥盲人。但真正的实体化智能系统不应该是这样的，它应该是一个集感知、认知、规划、驾驶、控制能力于一体的完整系统。仅此而已这样流程才能真正落地到现代化的场景中。”
张志奇认为，当时的伟易智造离这样的目标还差一些。因此，2023年底，微翼智能成立了专门的具身智能项目团队，开始研发真正集感知、理解、规划和执行能力于一体的具身智能工业机器人EIIR（EIIR）。
一个复杂的项目需要不同部门的协作，而将不同技术部门整合到一个项目中是非常困难的，因为硬件的迭代速度和软件的迭代速度存在很多差异。决定项目进度的往往是最短的。 “木板”。为了解决团队协作的问题，伟易智造不同于很多由CTO单独决策技术问题的公司。而是探索了技术委员会模式，通过科学的决策机制进行综合讨论和决策。
经过近一年的研发，微易智造与国内机器人制造商Jibot联合推出了新一代具身智能工业机器人——“TRON”，并在工博会上首次亮相。此次与Jabot的战略级合作比FANUC更深入，直接进入机械臂的驱动和控制层。得益于单芯片驱动和控制集成系统架构，控制延迟几乎为零。这样，可以最大限度地发挥电机性能。考虑到电机速度、加速度和机动性限制，轨迹速度再次提高了20%。
“创TRON”专为应对工业柔性智能制造场景而设计。具有抓取、放置、搬运、组装等多种能力，可灵活应对各种生产需求。同时，结合不断积累的工业现场数据和大型工业垂直模型，机器人可以更好地理解复杂的工业环境并快速调整动态变化的任务，有效解决生产线的灵活性和适应性问题。
以完整的柔性装备流程为例，用户只需进行装配演示，所体现的智能工业机器人就可以在很短的时间内自主理解任务并快速学会执行。
第一步是任务演示。用户在展示区演示智能工业机器人的装配过程。体现的智能工业机器人通过图像和视频精确捕捉和识别人体动作和装配。
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第二步是任务学习。体现的智能工业机器人结合大型工业垂直模型进行工艺拆解和模拟环境模拟组装，并像人类一样“消化和学习”演示过程。此步骤不需要传统的教学或编程。
第三步，产品试装。经过上一步的学习，学习区的智能工业机器人已经学会了装配流程，并开始试装产品。在此过程中，无序抓取精度达到1mm，双臂动态高精度达到2mm。即使过程中人为造成环境干扰，机器人也能实时成功避开障碍物，继续完成任务。学习完成后，可以将任务实时发送到生产线上的实际执行区机器人。
第四步，量产执行。执行区体现的智能工业机器人接收任务并开始高速实时批量生产执行，并能快速实现柔性线切割。
这款通用体现智能工业机器人将于明年投入量产，有望开辟新的千亿市场。
4. 具身智能，为什么需要以人类的形式存在？
2024年，在微翼智造重点发展具身智能工业机器人的同时，一股具身智能的浪潮也席卷整个资本市场。无数机器人企业看到了这一潜力巨大的新兴市场，纷纷进入该市场。
不过，业界对于体现智能的技术路线和产品形态有着不同的看法，各家企业都在按照自己的思路进行实践。例如，对于具身智能是否应该是人形机器人，目前仍缺乏共识。
人形机器人公司的观点是，具身智能的终极形态是人形机器人，因为整个人类社会环境都是以人类为参考来设计和构建的，人形机器人的概念由此诞生，并且可以无缝集成进入人类环境中，它代替人类完成特定的任务。因此，常见的人形机器人被设计成类似于人类的“两脚架+灵巧的手”。
但张志奇认为，机器人在工业场景的落地可能是完全不同的思路。
工业生产的设计思想是按照SOP（的）——标准化流程来培训工人。无论是10人、20人还是30人，都需要以同样的方式完成同样的工作。将工作流程分为多个部分，形成生产流水线，实现更高效的衔接。可以说，工厂生产流程的设计原则实际上是为了刻意弱化工人的个性而设计的。因此，如果今天有一台高度重复且灵活的机器来代替人类完成这些任务，那么无论该机器是否被设计为“类人”并不重要。
例如，大多数工厂的地面环境非常平坦，楼梯很少。双足人形机器人不一定是最佳解决方案。轮式机器人效率更高，因为轮式机器人比双足机器人有更多的空间。稳定性更高；人类只有一双手，但机器人可以设计成1手、4手、8手，以适应不同的生产节奏。
有一个企业案例可以佐证这一点，那就是波士顿动力公司。波士顿动力公司是人形机器人的鼻祖。它早在2016年就发布了人形机器人Atlas，但Atlas在商业化方面进展缓慢。 2021年，波士顿动力专门推出了一款用于仓库搬运箱子的新型机器人，进军物流领域。
波士顿动力推出的物流机器人，图片来自波士顿动力
它没有被制成双足人形，而是在方形移动底座上配备了一组轮子。顶部是一个巨大的7自由度机械臂，还有吸盘、摄像头和其他传感器。
张志奇表示，波士顿动力的案例表明，在工业环境中，应该根据效率而不是外观来选择合适的工具。
除了机器人的生产效率之外，工业场景中最受关注的另一大因素就是成本。
现阶段，人形机器人的成本仍然是限制其大规模普及的主要因素之一。例如，波士顿动力公司用于特种作战的人形机器人Atlas的制造成本约为200万美元；本田公司历时14年研发的人形机器人ASIMO，每台价值250万美元。经过多次迭代，最终不得不在2022年宣布“退役”。国内企业生产的仿人机器人产品每台售价也达到数十万至数百万元。
仿人机器人之所以成本高，首先是因为它需要较高的运动能力、环境感知能力、决策能力，从而导致硬件成本较高。例如，工业机器人通常只需要六到七个自由度关节，而人形机器人往往有超过 40 个关节。其次，由于行业处于发展初期，供应链还不够成熟，出货量不够，短期内很难降低供应链成本。
英伟达CEO黄仁勋认为，人形机器人成为普及设备的前提是价格与目前廉价汽车的价格相当。一辆A级车的价格约为10,000美元至20,000美元。
相比之下，如今工业机械臂的价格大约只有5万到6万元，四轴机械臂甚至只有2万到3万元。在人形机器人降低成本之前，在这种对价格敏感的工业场景中，即使机械臂的灵活性较差，它也很难取代廉价的机械臂。
如今，随着微翼智造一体式智能工业机器人的发布，工业场景有了新的选择。体现的智能工业机器人不仅成本更低，而且可以快速实现柔性线切割，满足工厂柔性生产需求。
让我们回到一年前张志奇在工厂看到的场景。现在，伟易智造有一个小目标，就是通过最新发布的体现智能工业机器人，让工厂重新认识机械臂，真正在更灵活的环境中使用，实现比以前更广泛的机械臂。应用价值。
2018年，伟一智造使用智能质检设备，解放了工厂2000多人的生产力。此次，伟一智造的目标是释放十倍、百倍甚至更多倍的生产力。
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