[2012.04.21]机械制造与创新发明:自动化

2012-5-13 07:58| 发布者: migmig| 查看: 12917| 评论: 10|原作者: John.Wayne

摘要: 机器和人类如何使用新途径一起合作进行生产

机械制造与创新发明

自动化

成就未来

机器和人类如何使用新途径一起合作进行生产

Apr 21st 2012 | from the print edition

时光追溯到80年代，那时的美国汽车生产商们担心他们自己被日本汽车竞争对手压制，底特律城的很多生产商们都有一种想法，用完全自动化生产模式来击败对手。该理念在于，汽车工厂欲将实现高度的自动化，车间照明停止后，工厂的机器人仍在自动地制造汽车。这一设想还是落空了。竞争结果是，日本汽车生产商的优势立足于以大众工人为载体的精艺生产技术而非生产自动化。

在下一场（制造业的）变革里，诸多的新型生产方法将只需要很少的人力在工厂厂房工作。要感谢那些愈来愈聪明和灵巧的生产线机器，目前一些自动化生产已经成为了可能。日本大型工业机器制造商Fanuc公司实现了其一些生产线的自动化，机器们能在无监督的情况下工作数周。其他许许多多例如使用激光切割及喷射铸造的工厂实现了这种无人干预生产法。添加剂制造型机器能够摆在那里日夜不停的运作。

但是制造业仍需要工人，不然不会有如此多的人呆在那里。所有的这些自动化机器需要有人去保养维护以及（设定程序）告诉它们怎么运行。某些机械操作手们将成为机械看守员，这将需要更加广泛的技能水准。并且，某些生产任务例如零部件装配，对于机器来说需要更加高精度水准才能实现生产，这就是为什么流水线作业经常被外包给低收入国家的原因。

工业机器人越来越擅长于组装工作，但它们价格昂贵，且需要专家对他们进行调试（这些邀请专家的费用比起机器来成本更高）。在取代许多的制造业流水线工人之前，低收入国家还有很长的路要走。投资于像汽车制造商们这样的生产者所在的工厂机器会很值，但甚至在高度自动化的汽车工厂，人们仍担待着大部分的终端装配。对于中小型商业机器来说，就变得普遍的昂贵且灵活性不足。

但是，下一代的制造业机器将会与众不同。它们已不仅仅和变得便宜且易上手，而且会和人们一道工作而不是取代人们的工作。它们会抓取、装运、暂存、拾取零部件，替他们分类，清理打扫（生产间），使得它们可以应用于其他广泛的渠道。

尤其是对于相对规模小的公司，为生产出该类机器而作的各种各样的努力仍在继续。例如，德国夫琅和费材料力学研究所参加了一项欧洲计划，用以研发出能够对操作一旁的工人造成零威胁的机器（目前大多数工业机器人仍关在操作箱里面以防它们意外地对人造成伤害）且它们能够理解包括声控在内的基本指令。

美国iRobot公司联合创始人Rodney Brooks先生估测，目前工厂所使用的机器人水平类似于早期办公室的计算机主机。iRobot公司的产品囊括了真空清洁机“室霸”以及军方机器人。当时这些大型计算机主机由专家操控，远离了大众的应用范畴，直到个人计算机的出现。“但是私人电脑没有离开办公室，办公室人员做什么他们就做什么，”Brooks先生指出。那意味着私人计算机能够做更精确的工作。2008年，他成立了“腹地机器人”公司，在机器当中投产于有私人计算机同等功能的机器生产。

尽管Brook先生关于未来机器人的言论为我们提供了一个线索，但他对这些机器人的模样缄口不言。正如丰田公司那样，拥有精益生产和生产线工人，一旦有机会，即能提出大量增进生产率的好主意。Brooks先生指出，如果工厂车间或者工厂厂房拥有便捷好用的机器，他们的生产力将进一步提高。促使这些新机器与创新的制造业科技相结合，将会带来一场制造业的伟大复兴。

对于新创企业，这一切没那么难了，但是集资仍是众所周知的瓶颈，因为装配一个工厂的资金成本一般很高，投资者们难以承受，投资回收期也太长。麻省理工学院电气工程专家Martin Schmidt预计，某些走在前沿的生产科技能够降低这些资本成本。Schmidt从一些制造小型装置例如微型传感器的公司开始着手。他认为，制造该类微型产品的生产设备有可能也变得小巧，甚至和桌面大小差不多，这（微型生产设备）降低了资本成本。在实现微型生产机器的行业当中，Schmidt说，“ 我认为我们将看到一些变革。”

正如面向大众市场的汽车制造商们所为，尽管工厂的自动化和灵活性不断提升，大众类消费品在工厂当中的生产仍会以传统的生产手法长期存在。同时，也会有一些超高级技术含量工厂存在，比如通用和劳斯莱斯，它们都制造诸如喷气式发动机等的量产高精端产品。无数的中小型企业将受益于新材料，受益于更便宜的制造机器，更优秀的软件，以及丰富的在线服务、3D打印机，这些东西能够从经济角度出发，生产出小数额产品。同时，也会有数不尽的小工厂企业家，居家企业家以及车库企业家，他们将能够做以前根本就不可能做的事情。

走向生产线改革

制造业革命非一日之勤，但是这一次已经在很好的按部就班了。在生命科学和纳米科技领域，存在着足够多的转型研究，就像利用病毒来生产电池一样，衍生出大规模的新兴行业。倘若超级跑车的碳纤维复合材料走进日常的生产生活当中，大量的钢铁冲压焊接以及机器焊接生产线将从汽车工厂中消失。

像数码等诸如此类的添加剂制造已经在成本上和生产效率上取得优势。该行业的“大跃进”将一发不可收拾。现在，3D打印机的打印产品实现了小阶小批量生产。但若3D打印机参与持续生产过程——就像麻省理工学院实验室制药机器——它们能够应用到动态生产线上来。该项生产的目标将不再是追求规模经济，而是生产更快更灵活。像这样的生产线能够生产出那些因为太大而不能匹配现有3D打印机的产品，这是由于现有的3D打印机是数控型打印机，不同的平台将会拥有不同的项目程序，这使得大规模定制型产品生产成为了可能。这一切将使这类科技腾飞。

这一切能实现吗？回顾欧洲模具展，荷兰国家应用科学独立研究院（TNO）展示了一款新奇的机器，该机器100个运载平台围着一个旋转木马持续的打转转。3D打印机的各类喷头将使经过的塑料、金属、陶瓷层层沉淀在各个平台。把这个创意放大，清理掉上面所说的陶瓷层，你将拥有多重印刷喷头生产线。

法兰克福展览馆前的电动劳工雕塑仍在猛击着他跟前那块金属块。但在以后的十年或二十年，游客们参加未来的工业展时，会对电动劳工雕塑的行动举止感到好奇。
from the print edition | Special report

本文尾注，供参考：

Lights out (manufacturing)？

Lights out or lights-out manufacturing is a manufacturing methodology (or philosophy), rather than a specific process.
Factories that run lights out are fully automated and require no human presence on-site. Thus, these factories can be run with the lights off. Many factories are capable of lights-out production, but very few run exclusively lights-out. Typically, workers are necessary to set up tombstones holding parts to be manufactured, and to remove the completed parts. As the technology necessary for lights-out production becomes increasingly available, many factories are beginning to utilize lights-out production between shifts (or as a separate shift) to meet increasing demand or to save money. An automatic factory is a place where raw materials enter and finished products leave with little or no human intervention.

什么是3D打印和3D打印机？
百度百科：
3D打印已经成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域，尤其是工业设计，数码产品开模等，可以在数小时内完成一个磨具的打印，节约了很多产品到市场的开发时间。
3D 打印机可以用各种原料打印三维模型，使用3D 辅助设计软件，工程师设计出一个模型或原型之后，无论设计的是一所房子还是人工心脏瓣膜，之后通过相关公司生产的3D打印机进行打印，打印的原料可以是有机或者无机的的材料，例如橡胶、塑料、甚至是人体器官，不同的打印机厂商所提供的打印材质不同。
3D打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。
　　3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术的不断进步，我们已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。
　　说的简单一点，3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切“成无数叠加的片，3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体