如何用自主移動(dòng)機(jī)器人提高工廠運(yùn)營(yíng)效率

為了提高工廠的生產(chǎn)率，盡量縮短加工、檢查等生產(chǎn)線上各工序的作業(yè)時(shí)間（生產(chǎn)量）非常重要，但另一個(gè)不能忘記的改進(jìn)是縮短在制品在工序之間的搬運(yùn)時(shí)間和向各工序補(bǔ)給零部件和材料所需的時(shí)間。

特別是在一邊頻繁變更生產(chǎn)品目，一邊在同一條生產(chǎn)線上分別生產(chǎn)多種產(chǎn)品的“變種變量生產(chǎn)”中，有時(shí)，縮短搬運(yùn)時(shí)間等比縮短每個(gè)工序的作業(yè)時(shí)間能更加有效地提高生產(chǎn)線整體的生產(chǎn)率。這是因?yàn)椋好總€(gè)工序的作業(yè)時(shí)間以及使用的零部件/材料的種類和數(shù)量都會(huì)因生產(chǎn)品目而變化，因此切換生產(chǎn)品目（被稱為“切換準(zhǔn)備”）所需的時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)。

工廠需要能夠應(yīng)對(duì)稼動(dòng)不理想和操作不同步的搬運(yùn)方式

一般來說，在進(jìn)行少數(shù)品種大量生產(chǎn)的生產(chǎn)線中，工序間的搬運(yùn)采用傳送帶自動(dòng)搬運(yùn)。在現(xiàn)代工業(yè)的先驅(qū)“T型福特”有一個(gè)著名的故事：通過將車種縮小到1個(gè)，一邊用傳送帶移動(dòng)一邊進(jìn)行流水線作業(yè)，成功實(shí)現(xiàn)了高效組裝。即使是現(xiàn)在，在食品工廠等地方，也在以同樣的方法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)而無需停止生產(chǎn)線。

如果搬出和搬入的場(chǎng)所和各工序的生產(chǎn)量是固定的，就很容易使作業(yè)和搬運(yùn)的時(shí)間同步，因此可以用傳送帶進(jìn)行高效搬運(yùn)。然而，作業(yè)和搬運(yùn)往往不會(huì)按照預(yù)期進(jìn)行。如果發(fā)生這種情況，生產(chǎn)線就會(huì)出現(xiàn)堵塞，最壞的情況是必須停止整個(gè)生產(chǎn)線，等待延遲的作業(yè)完成。

自上世紀(jì)90年代以來，自動(dòng)導(dǎo)引車（Automatic Guided Vehicle：AGV）代替皮傳送帶在由軌道和磁標(biāo)記等引導(dǎo)的搬運(yùn)路徑上移動(dòng)，現(xiàn)在已廣泛用于在生產(chǎn)過程中搬運(yùn)產(chǎn)品、零部件和材料（圖1）。在AGV中，搬運(yùn)時(shí)的輸送路徑是固定的，但搬運(yùn)的貨物數(shù)量和時(shí)間可以相對(duì)自由地進(jìn)行調(diào)整。因此，可以應(yīng)對(duì)因各工序的微小缺陷而導(dǎo)致的作業(yè)延誤。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了一些配備機(jī)械臂、可以自動(dòng)裝卸的自動(dòng)導(dǎo)引車。而且，為了迎接智能工廠時(shí)代的到來，已經(jīng)進(jìn)化為更智能的“自主移動(dòng)機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot：AMR）”。

圖1 實(shí)現(xiàn)更高效、更靈活的搬運(yùn)的AGV和AMR

在變種變量生產(chǎn)中，需要一種能夠及時(shí)搬運(yùn)必要物品的方法

但是，在進(jìn)行變種變量生產(chǎn)時(shí)，有時(shí)即使使用AGV也無法很好地應(yīng)對(duì)。這是因?yàn)檫m用于變種變量生產(chǎn)的單元式生產(chǎn)線與AGV搬運(yùn)的兼容性不夠好。

在單元式生產(chǎn)線上，一名作業(yè)人員承擔(dān)多道工序。因此，可以相對(duì)減少在制品的搬運(yùn)頻度。但是，并非所有工序都可以由一個(gè)人承擔(dān)。雖然很少，但也有搬出和搬入兩項(xiàng)作業(yè)。而且，在變更生產(chǎn)品目時(shí)，需要提前供給生產(chǎn)下一款產(chǎn)品所需的零部件和材料。

一般來說，在單元式生產(chǎn)線中，多個(gè)作業(yè)臺(tái)排成一列，并分別配置作業(yè)人員進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)每個(gè)作業(yè)臺(tái)的進(jìn)度，及時(shí)進(jìn)行在制品的搬出搬入以及零部件補(bǔ)充。因此，需要一種可以像出租車那樣自由設(shè)定搬入搬出場(chǎng)所和時(shí)間的搬運(yùn)方法，而不是像鐵路或固定路線公共汽車那樣具有固定路線和運(yùn)行時(shí)間表的AGV。此外，在單元式生產(chǎn)線中，由于自動(dòng)導(dǎo)引車將在有作業(yè)人員的地方移動(dòng)，因此需要實(shí)現(xiàn)能夠隔離搬運(yùn)路線的高安全性，這是AGV所不需要的。

作為解決這些問題的搬運(yùn)方法，一邊根據(jù)有人的地方的狀況改變移動(dòng)路線一邊搬運(yùn)物品的AMR已經(jīng)被投入使用。AMR通過傳感器自動(dòng)識(shí)別搬運(yùn)路線中成為障礙物的裝置等的位置，并提前以地圖的形式存儲(chǔ)，在搬運(yùn)過程中，一邊通過傳感器檢測(cè)工廠內(nèi)人員的位置和行動(dòng)一邊安全地移動(dòng)。盡管行駛環(huán)境和速度不同，但可以說它與汽車行業(yè)正在開發(fā)的無人駕駛汽車具有相同的功能（圖2）。預(yù)計(jì)AMR技術(shù)不僅會(huì)用于工廠，還會(huì)用于送貨和郵件的自動(dòng)投遞。

圖2 從無人駕駛汽車到AMR，向在工廠以外使用的搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行的技術(shù)推廣

預(yù)測(cè)稍后的作業(yè)進(jìn)度，將所需的零部件進(jìn)行智能搬運(yùn)

在AGV和AMR等搬運(yùn)方法中，如何有效且高效地運(yùn)用也變得非常重要。

為了盡量減少在制品、組裝前的零部件及材料等的庫(kù)存，理想的運(yùn)用是“Just in Time”，這樣可以根據(jù)需要及時(shí)搬運(yùn)。此外，像AMR這樣根據(jù)情況改變搬運(yùn)路線時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)找出能夠搬入和搬出的移動(dòng)路線也很重要。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等信息處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以在掌握整個(gè)工廠的狀況的同時(shí)找到理想的運(yùn)用方法。

首先，物聯(lián)網(wǎng)使準(zhǔn)確掌握單元式生產(chǎn)線各作業(yè)臺(tái)上的作業(yè)進(jìn)度狀況、零部件和材料的庫(kù)存狀況成為可能。迄今為止，狀況都是通過被稱為“看板”的傳票來傳達(dá)的。通過將其數(shù)字化，可以根據(jù)實(shí)時(shí)掌握的工廠情況發(fā)現(xiàn)稍后會(huì)發(fā)生的作業(yè)停滯，并得出應(yīng)對(duì)措施。

此外，迄今為止，在進(jìn)行變種變量生產(chǎn)的工廠中，通過人工根據(jù)生產(chǎn)品目將需要的零部件和材料從倉(cāng)庫(kù)的貨架上挑出，并裝入搬運(yùn)車進(jìn)行運(yùn)送。現(xiàn)在，已經(jīng)可以一邊參照數(shù)字化看板信息，一邊由搬運(yùn)機(jī)器人挑選擺放所需零部件和材料的貨架后移動(dòng)到有人的地方，并在最短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)送它們。