我的机器人老闆

作者: 来源:自然评测 时间:2020-07-10 19:14:26 浏览(331)

我的機器人老闆

人类与机器人将在工厂并肩工作,但你绝对想不到谁来发号施令!

当身穿污黑浅绿色焊接工作外套的道森–哈格提(Michael Dawson-Haggerty)冲进办公室时,从他的满面笑容中,我知道他与他的伙伴已成功击败一群具有数十年经验的专家,在更短的时间内焊好一具悍马车(一款在伊拉克与阿富汗随处可见的军用车)的车架。

这是道森–哈格提的第一份专业工作。他才刚完成硕士学位,并加入美国卡内基美伦大学(Carnegie Mellon University)机器人研究所的工程团队。还是新鲜人的他不免有些紧张,但老实说,我更担心他那位非常可靠、但是对人际关係一窍不通的伙伴。

道森–哈格提的伙伴是一具类似福特或通用汽车厂生产线上那种大型工业机器人。传统机械怪兽要关在牢笼里与人类保持安全距离,但我们替四公尺高的单臂焊接机器人「喷火者」(Spitfire)装上代替眼睛的雷射,让它能安全地与人类并肩工作。此外,负责发号施令的不是道森–哈格提,而是「喷火者」:机器人指定下个步骤,并根据最佳工作效率,把排列钢材与焊接的粗重工作分配给人类与机器人。在此下达指令的是机器人,而非人类。

经过适当分工合作后,道森–哈格提与他的机器人伙伴能在10小时内完成车体焊接,包含原料与工资的成本才1150美元。相较之下,对照组的专家们要花89小时才能完成相同工作,成本高达7075美元。

人类与机器人合作,能达成的潜在经济效益非常可观。工厂不必大费周章来重新调整生产线,可以省下数十亿美元的设备建置费。如果你需要修改一项热门产品,人类与机器人能製造从电子产品到飞机在内的各种客製化产品,而不必更换昂贵的机械设备。这项科技允许公司快速回应市场需求,将产品更新週期从数年缩短到数週,员工也会从解决日新月异的挑战中获得成就感。这些理由让我们相信,机器人最终更适合当老闆而非僕役。

安全伙伴

到底什幺才是「机器人」?一向众说纷纭。机器人研究社群把它定义为能感觉、思考并自动做出反应的机器。但这个定义并不精确:房屋的恆温器能达成上述功能,但你不会称它为机器人,差别在于恆温器只是房屋功能的一小部份。只有当物体利用自动化功能来满足其核心职责时,这个物体才能称做「机器人」。譬如自动汽车利用感测器与人工智慧来达成自动驾驶(汽车的主要功能),因此能称做「机器人」。

製造业利用自动化机器人来改善生产效率的历史已超过半世纪。但机器人只能专精于某项特殊功能,例如焊接生产线上每部车的固定几个焊点。人类必须组织并设置生产线,以善用机器人的力量与精度。

这种做法适合大量生产的产品,例如生产线上数以万计的汽车。但是随着客製化製造业的兴起,供应商得根据订单生产小批量的产品,此时重新设定焊接或加工机具,便成了耗时耗力的主要瓶颈。调整机器人来执行新工作需要大量时间,有时甚至得耗时数个月。人类必须重新计画焊接顺序、组装零件、撰写程式、準备原料,并使焊接参数最佳化。

道森–哈格提与机器人组成的团队能大幅减少设定时间。过去程式人员要用特殊程式码指示机器人如何动作,但现在机器人聪明到只需产品的电脑辅助设计(CAD)图档,便能自动设定生产线。电脑演算法能自动将产品设计转换为机器人的工作清单。

不过,设计生产线并非唯一的挑战。机器人与人类一向难以并肩工作。工业机器人只会从一个点移动到另一个点,不达目的誓不罢休,不管移动路径上是否有人挡道。程式人员命令机器人重複执行同样工作直到零件用完为止,如果有坚硬的障碍物阻挡机器人移动,工业机器人会产生错误讯号并停机。虽然这比打伤某人的头好一点,但对生产效率依然毫无帮助。试想若你跟同事靠太近时,他们就停止工作,大伙儿将一事无成。

下个世代的工业机器人,基本上能安全地与人类并肩工作。即使机器人不小心碰到人体,力量不应该会大到造成危险或致命。机器人也能感测人类在工作空间的位置,并利用语音、手势、「面部」表情、文字或是图像,与人类沟通。

製造商已经在建造符合现代生产需求的机器人。喷火者採用瑞士ABB公司建造的机器人为基础,加装美国卡内基美伦大学团队设计製作的特殊套件。ABB公司也提供另一款能安全地在人类身边工作的双臂机器人「弗列达」(Frida)。此外,由iRobot公司共同创办人布鲁克斯(Rodney Brooks)所创、位于波士顿的再思机器人(Rethink Robotics)公司,也发展出配备感测器阵列的双臂机器人「贝克斯特」(Baxter)。与上一代机器人相比,它们都能大幅简化程式设定程序。

操作员只需手动引导贝克斯特进行一连串动作,藉由简单的学习演算法与影像处理,它便能重複同样的步骤。譬如人类示範如何从输送带上拾起零件,贝克斯特便能学会并重複同样动作,即使零件来的时间与位置毫无规则也难不倒它。

美国加州门洛帕克(Menlo Park)的柳树车库实验室(Willow Garage)也发明一款名为PR2的机动示範机器人,具有双臂、头与感测器阵列。就像弗列达与贝克斯特一样,PR2也设计成能安全地在人类身边工作。我们在卡内基美伦大学一处相当複杂的环境中,利用PR2替访客端上茶水与点心。

合作无间

喷火者不只能向人类学习,它还聪明到能发号施令。它能把大型计画分成许多小步骤,再根据执行速度快慢,把任务公平分配给机器人或人类。

道森–哈格提与喷火者先由车架的CAD图档获得材料清单,电脑会自动向供应商下单订料,再将标準钢管精确切割为所需的长度。接着电脑会设计焊接作业的最佳顺序,并指定零件的最佳固定方式。

我们也替喷火者装上微型投影机,让它直接在车架上投射影像与文字,成为扩增实境的一部份。机器人利用投影机告诉道森–哈格提如何逐步设定複杂的组装程序,包括如何放置零件、夹具以及焊接顺序。接着道森–哈格提把各个零件放在指定位置。这类繁琐的工作适合人类来做,因为零件并不重,却有各种不同形状,人类的手能轻鬆拿起这些零件。

喷火者利用雷射测距仪获取三维工作空间的精确资讯,检查各个零件是否排列正确,再利用投影机与感测器标记车架上的精确位置,引导人类完成组装程序。

零件排列好后,喷火者便接手迅速完成焊接工作。它不仅焊接速度飞快(只需五秒便能完成一道五公分长的焊点),而且品质一流。通常每次作业开始前,焊接专家得先微调约20项的焊接参数,包括电压、焊接速度与焊线供应速度等。但我们指示喷火者在工作开始前先自行试焊,以调整出最佳焊接参数。在测试过程中,喷火者会根据试焊结果自行调整参数来获得最佳成果。机器人透过自我学习成为焊接专家。

由于考虑到车架要经过400道焊接程序,喷火者的速度与品质将带来巨大优势,但它并非万能:有些特殊焊点位于机器人难以接近的位置,此时喷火者会要求道森–哈格提协助完成困难的作业。

新劳工阶级

由于製造业接受新科技的脚步十分缓慢,我们很难精确预测人类与机器人组成的团队,何时才可以在工厂中大显身手。但智慧型自动化设备所带来的巨大优势,将促使许多公司在未来五年内开始让人类与机器人并肩工作。冯内果(Kurt Vonnegut)在1952年的小说《自动钢琴》(Player Piano)中,描绘了自动工厂中机器人可以完成所有工作,自动化机器取代了人力需求,人类因而逐渐失去生活的意义。我们希望先进製造技术应该要能避免这种令人难以接受的未来。

最好的做法应是让机器人与人类组成团队,并根据工作特性弹性分配给机器人或人类。如此一来,人类依然能从製造新产品的过程中获得成就感,儘管发号施令的老闆是机器人。


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