與 KUKA 一起走進(jìn)工業(yè) 4.0 的未來

工業(yè) 4.0 的未來是什么？可以肯定的是：這已經(jīng)開始了。人工智能正在進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域。機(jī)器開始獨立學(xué)習(xí)并自行提高生產(chǎn)效率。物理世界與數(shù)字世界正越來越多地融合。

工業(yè) 4.0：展望未來

“工業(yè) 4.0”這一概念已經(jīng)提出很多年了。相應(yīng)的技術(shù)，例如物聯(lián)網(wǎng)、云計算或人工智能 (AI)，也并非鮮見。盡管如此，幾乎每天都會出現(xiàn)重大的技術(shù)進(jìn)步。其中三個趨勢尤其突出：

人工智能 (AI) 已經(jīng)是數(shù)字轉(zhuǎn)型的驅(qū)動力之一，而且在未來將變得更加重要。憑借人工智能，機(jī)器的預(yù)防性維護(hù)變得可能。在智能工廠中使用的機(jī)器人正在轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餍椭?，它們可以獨立學(xué)習(xí)、有邏輯地行動并相互交流。

同樣，機(jī)器學(xué)習(xí) (Machine Learning) 作為 KUKA 最重要的 AI 領(lǐng)域之一，正在進(jìn)入工廠并將很快成為智能工廠的一個固定組成部分。學(xué)習(xí)型機(jī)器可以“理解”它們自己產(chǎn)生的模式和因果關(guān)系。他們通過獨立完善其算法實時“學(xué)習(xí)”并對此做出反應(yīng)。

同樣具有革命性的是混合現(xiàn)實。它結(jié)合了虛擬現(xiàn)實 (VR) 和增強(qiáng)現(xiàn)實 (AR) 技術(shù)。虛擬現(xiàn)實意味著，用戶與現(xiàn)實世界完全隔絕，處于一個通過一副眼鏡可見的虛擬環(huán)境中。而在增強(qiáng)現(xiàn)實中，真實的環(huán)境仍然可見，但被疊加了數(shù)字內(nèi)容（虛擬物體、信息）。憑借混合現(xiàn)實技術(shù)，可以將虛擬內(nèi)容與現(xiàn)實世界結(jié)合起來。與增強(qiáng)現(xiàn)實相比，在混合現(xiàn)實中，內(nèi)容不是簡單的投射，而是以全息形式出現(xiàn)，通過移動設(shè)備或頭戴式顯示器（例如微軟 Hololens）真實融入到物理世界中。可以移動和改變，就像是一個真實物體一樣。

所以說，未來已經(jīng)開始了。但這些技術(shù)在工業(yè)中有哪些實際用途？來看看 KUKA 的一些創(chuàng)新項目吧！

KUKA.Sim：用于 KUKA 機(jī)器人的智能模擬軟件

借助模擬軟件 KUKA.Sim，可以在生產(chǎn)環(huán)境外對機(jī)器人進(jìn)行編程。該軟件使用戶能夠與數(shù)字孿生、即后續(xù)生產(chǎn)過程的精確虛擬圖像互動。無論是過程的設(shè)計還是物料流和“瓶頸”現(xiàn)象的可視化，亦或是 PLC 代碼：由 Kuka.Sim 創(chuàng)建的三維模擬涵蓋了所有的規(guī)劃過程。虛擬和現(xiàn)實控制器以相同的數(shù)據(jù)工作：虛擬計劃的任務(wù)，在現(xiàn)實中以完全相同的方式呈現(xiàn)。這實現(xiàn)了生產(chǎn)過程最高的規(guī)劃可靠性，并且工作量和成本非常低。

了解更多有關(guān) KUKA.Sim 的信息。

KIVI：人工智能減少維護(hù)費用

如果對機(jī)器人使用壽命的預(yù)測能夠具體到單個部件，就可以避免成本高昂的故障和停產(chǎn)。這正是由巴伐利亞州經(jīng)濟(jì)事務(wù)、能源和技術(shù)部 (StMWi) 資助的研究項目“用于預(yù)測工業(yè)機(jī)器人運行安全和壽命的人工智能”(KIVI)所要實現(xiàn)的。其目的是持續(xù)監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的狀態(tài)并執(zhí)行預(yù)防性維護(hù)（狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)防性維護(hù)）。為此，多個傳感器會首先傳輸單個機(jī)器人部件的工作振動特征。然后用人工智能來評估相應(yīng)數(shù)據(jù)：它能識別磨損狀態(tài)出現(xiàn)時的模式并從中學(xué)習(xí)行為模型。它能生成一個原型 AI 工具箱，現(xiàn)在已進(jìn)入評估階段。一旦它被商業(yè)化使用，制造型企業(yè)將可以提高其設(shè)備可用性，并使生產(chǎn)過程更加高效，這一點也有助于節(jié)約資源。

通過 AI 進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)防性維護(hù)的優(yōu)勢

提高系統(tǒng)可用性。
生產(chǎn)流程更高效。
節(jié)約資源。

Translearn：機(jī)器人學(xué)會學(xué)習(xí)

工業(yè)機(jī)器人所有優(yōu)化過程的出發(fā)點是數(shù)據(jù)。但數(shù)據(jù)的生成和收集需要花費大量時間和金錢。為了節(jié)約成本，如今可以通過簡單地機(jī)器人模擬互動來收集數(shù)據(jù)。問題是：即使是高度先進(jìn)的模擬也無法完全代替現(xiàn)實。在其中學(xué)習(xí)到的場景無法直接傳輸給真實的機(jī)器人。這一難題通常被稱為“現(xiàn)實差距”。

這正是我們“TransLearn”項目的意義所在：我們希望通過識別模擬錯誤來克服現(xiàn)實差距。其目的是將模擬結(jié)果無縫傳輸給真實的機(jī)器人。

這帶來了許多好處：在模擬中，可以更快、更好地進(jìn)行機(jī)器人編程，從而降低編程成本。此外，如果這一過程在模擬中和真實的設(shè)備中都發(fā)生了，機(jī)器人就可以更好、更獨立地學(xué)習(xí)。憑借經(jīng)優(yōu)化的學(xué)習(xí)過程，將來基本不再需要花費精力進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的編程，只需要進(jìn)行指導(dǎo)即可。由此，他們還能獨立學(xué)習(xí)如何縮短周期時間或減少電力消耗。

OPERA：精確控制機(jī)器人。

通過 OPERA，用戶可以看到協(xié)作機(jī)器人可能的動作流程。協(xié)作機(jī)器人，即 Cobots，通過用戶與其一起用手執(zhí)行所需的動作流程來進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，人們會談及手動引導(dǎo)型編程。它使許多事情變得更加簡單，特別是對中小型企業(yè)而言。盡管有直觀的處理方式，但該程序在精確性和誤差容限方面仍存在一些小問題，因此，專家仍需參與編程。

這正是 OPERA 項目的意義所在：由于在協(xié)作機(jī)器人中并非所有的錯誤源都可以明確確定，所以我們開發(fā)了概率模型。用戶現(xiàn)在可以輕松地在 3D 模型中看到協(xié)作機(jī)器人動作流程中所出現(xiàn)的不準(zhǔn)確現(xiàn)象，并做出相應(yīng)反應(yīng)。他們可以從更高的靈活性和準(zhǔn)確性以及更大的可靠性中受益。

VWS4LS：數(shù)字孿生推動自動化發(fā)展

線束（也稱“電纜束”或“汽車電路”）是汽車上最精細(xì)和復(fù)雜的單個部件之一。因為對于一個新的系列來說，有多少套單獨的線束，就有多少種變體：數(shù)量級可以數(shù)十萬計。線束作為定制品，制造成本也比較高。因此，我們與其他合作伙伴一起，致力于實施一種“線束管理外殼”(VWS4LS) 技術(shù)?；?ldquo;管理外殼”技術(shù)，在該項目中補(bǔ)充完整各種線束的數(shù)字信息，這樣就可以為汽車中線束的開發(fā)、生產(chǎn)和裝配建立一個可交互操作的數(shù)字孿生。

KUKA 專注于創(chuàng)建產(chǎn)品和流程描述，并根據(jù)管理外殼的相應(yīng)信息推導(dǎo)出各種生產(chǎn)所需的機(jī)器人動作。

BaSys 4.2：生產(chǎn)過程變得更加靈活

擁有現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的企業(yè)必須能夠?qū)Χ嘧兊男枨蠡蚨嘧兊臈l件做出快速反應(yīng)。尤其是，生產(chǎn)過程經(jīng)常需要根據(jù)過程本身、生產(chǎn)資源以及目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整因此，“連續(xù)工程”在任何時候都是可行的。通過 BaSys 4，我們開發(fā)了用于生產(chǎn)設(shè)備的基本系統(tǒng)，它使生產(chǎn)過程可以有效改變。通過聯(lián)邦教育和研究部 (BMBF) 資助的 BaSys 4.2 項目，我們正致力于實施基于工業(yè) 4.0 平臺概念和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步的工業(yè) 4.0 基礎(chǔ)設(shè)施要素。我們專注于“中間件”、“能力”和“虛擬化”這三個主題領(lǐng)域。因此，我們希望進(jìn)一步發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化能力模型，并實現(xiàn)其在自動化能力評估中的應(yīng)用。

目的是實現(xiàn)可變的生產(chǎn)設(shè)備，以便對不斷變化的要求做出智能和可跟蹤的反應(yīng)。