制造进入下一阶段

制造进入下一阶段

2019/04/30

制造进入下一阶段致力于打造人与机器协同工作的下一代制造工厂

信息物理系统研究大楼一楼，有一个以“工厂”为模型的空间。生产线上机器人组装，产品自动移动，各种加工机器一字排开。 AIST正在努力打造的未来制造基地是人与机器人如何协作我们应该做什么？我们应该如何利用人工智能？通过物联网我们应该如何进行工厂联网等技术的综合演示和实验平台。我们与企业一起探索和追求未来工厂，旨在振兴日本制造业。

人类和机器人共同支持日本制造业

谷川在决定在信息物理系统研究大楼安装哪种模拟环境时，我们将“受工作和生产人口下降影响很大的工业环境”确定为需要解决的问题之一。这也是制造工厂在不久的将来也将面临的挑战。

　汽车工厂可以说是具有代表性的工厂，大量生产特定车型，因此使用机器人的工作自动化正在取得进展。另一方面，在零部件制造工厂中，由于业务性质，多品种、小批量生产成为主流，并采用由人负责流程的“单元生产方式”。但是，随着劳动人口的减少，未来我们不能再依赖人力资源了。一些工厂已经受到劳动力短缺的影响。鉴于这种情况，在这个模拟工厂中，我们首先会考虑一个机器人和人类可以有效协作的系统。过去，机器人和人类在工厂中执行不同的任务，但从现在开始，将人类的灵活性和常规能力与现在可以执行各种运动的机器人结合起来将变得很重要。

　此外，由于能够使用加工机器等的熟练工匠的老龄化，“工匠精神”正在从制造现场消失，因此我们将利用人工智能创建一个系统来保存他们的技能并将其传承给后代。

　此外，我们不是在单个工厂完成一种产品的生产，而是致力于通过将多个工厂连接到网络上来创建一种适应多品种、小批量生产的新的动态生产系统，即“互联工厂”。我们计划在这个模拟工厂进行演示实验。

　这些研究和开发需要多种技术，包括机器人、加工技术以及测量人体运动的技术。首先请Doumae先生谈谈将机器人引入工厂时面临的挑战。

开发将隐性知识转化为数据的技术

多玛在传统的大规模生产现场，机器人只需要执行特定的动作，但在一名工人组装单个产品的可变批量生产现场，机器人需要执行极其复杂的任务。

　此外，在短时间内不断引入新流程的环境中，为了使人与机器能够协同进行装配工作，需要收集工人移动的数据并确定如何用机器人代替人类工作。

此外，到目前为止，机器人一直是静止的，但未来我认为它们将需要在工厂内自由移动，而不是人类。我们认为，挑战在于如何在机器人本身移动的情况下提高工作的准确性，以及如何规划工作本身。

谷川将处理技术转化为数据怎么样？

泽田将处理技术转化为数据仍然面临许多挑战。例如，当将专家的技能转化为数据时，需要明确专家的隐性知识，例如看哪里、衡量什么以及如何根据这些信息做出决策并设置控制参数。为此，我们必须首先找出要收集什么类型的数据以及该数据如何连接到输出。另外，还要看工作与产品质量的关系。

谷川互联工厂怎么样？

泽田在“互联工厂”中，工厂通过网络连接，设备相互连接，在交换工作流程信息的同时创建产品。其愿景是，即使工厂中的设备出现问题，也可以立即连接到工厂或其他工厂中执行相同角色的设备，并顺利完成产品。然而，仅仅通过网络连接工厂和设备并不能立即将它们变成“互联工厂”。现代制造设备会自动获取各种与制造相关的数据，但由于不同制造商的数据类型和格式有所不同，因此首先需要创建一个系统来集中管理这些数据。这个模拟工厂特意配备了来自不同制造商的设备，以验证数据的处理方式。我们相信这将在未来带来标准化。

谷川为了创建现场处理技术的数据并找到人与机器人之间协作的方法，必须准确了解工人的动作。我们如何继续测量和分析人体运动？

多田对于机床和机器人来说，可以将传感器集成到设备中并从中获取信息，但测量人体运动并不容易。我想开发一种技术，使用模拟工厂来收集高度可靠的人类数据，并在计算机上重现人类在现场的行为。

为此，需要测量制造产品工作流程中工人的一系列动作，并获取和分析从不熟练到熟练的不同级别工人的动作和施加的力量等数据。目前，工作人员需要佩戴十多个传感器，但未来我们计划开发能够用少量传感器测量和分析人体运动的技术，并计划验证其准确性。我们正在考虑将这种运动分析作为人力资源开发项目的一部分，并考虑邀请公司和大学的人员实施培训课程并收集数据作为其中的一部分。

　此外，为了实现人类和机器人的协作，我们认为有必要创造能够实时测量和分析现场数据的技术，因为事后分析数据是不够的。

如何在制造现场利用人工智能

谷川人工智能如何应用于各个技术领域？

多玛人工智能可广泛应用于机器人的物体识别和与人的互动交互。此外，正如围棋和将棋中的人工智能可以做出人类从未想到的棋步一样，我希望制造业中的人工智能能够创造出比人类想象的更高效、更不易出错的新流程。

多田人类行为和认知方式转化为数据这一事实意味着人们的身体信息可以在网络上进行分析。如果我们能够了解执行某项任务时关节的角度如何变化、扭转的强度以及肌肉的张力，我们就能够预测工人会感受到的压力。它还可以用来创造一个机器人可以毫无负担地与人类一起工作的环境。到目前为止，我们一直通过对数十名工人的调查来测量工作量，但在未来，我们相信我们将能够让工厂工人佩戴可穿戴传感器并大规模收集数据，这些数据将用于模拟人类行为模式。

谷川人工智能将能够创建支持措施，通过从模拟工厂获得的各种数据中发现各种因果关系，从而提高人均生产力。我还认为人工智能将用于支持管理整个工厂的管理者。人类是做出“让我们雇用更多人”等决策的人，但人工智能可以提供信息和解决方案，作为此类管理决策的基础。

泽田如果人工智能可以预测人类的工作，就有可能向工厂中的非熟练工人引入增强现实（*1）技术，为他们提供下一项任务的准确指示。

迈向未来工厂的实现

谷川这个模拟工厂正在与企业一起进行研究，最终目标是将AI引入到实际工厂中。在与企业共享数据的同时，我们想思考它可以用于什么样的业务并创建一个引入模型。你们大家呢？

泽田关于“互联工厂”，预计未来我们将看到一个工厂和公司相互连接以创建虚拟生产线的时代。我们希望将这个模拟工厂与其他都道府县的公共测试和研究机构连接起来，并为未来进行实验。

多玛已经有工厂用机器人取代与人类相同的生产线的零件，但我希望创造出能够满足未来需求并与人类兼容的机器人技术，例如机器人使用单元生产创建新的装配环境，同时与人类共享环境。

多田人体运动测量的最终目标是让全国所有工厂的工人佩戴可穿戴传感器并通过互联网实时分析其运动数据。如果我们能够创造一个舒适、压力较小的工作环境，这项技术就可以应用到人们的日常生活中，可以用来创造舒适的家庭和人们可以聚集的社区。

谷川未来，我不仅希望实现机械制造工厂的自动化，还希望实现食品工厂等处理多种产品的制造现场的自动化，并且我还想考虑走出家门与农业合作的方法。通过扩大应用范围并最终与整个社会连接，我们可以看到“社会50（*2）”的实现。

多玛工厂中人类与机器人的协作也正在导致社会50的实现。如果人类和机器人能够协作，我们将能够将这项技术扩展到办公室和家庭，并思考“与机器人一起生活”。

泽田工厂内有很多技术可以应用于社会。例如，在使用自动驾驶车辆在工厂内运输零件和其他物品时，确保工人的安全是一个问题，但在任何情况下，例如在公共场所或家庭中，安全也很重要，我们相信确保工厂内安全的技术可以应用于社会。

谷川AIST将于今年4月牵头成立一个联合体，我们想与企业讨论我们应该进行什么样的研究以及我们应该如何培养人力资源。我也想请大家说一说。

泽田如果你只是思考而不行动，你永远不会前进。我们希望您能使用这个模拟工厂作为测试您的想法的地方。

多玛工厂的专业知识集中在现场。让我们分享我们正在努力解决的问题并共同努力解决它们。

多田人体工作测量仍然是一个未经探索的领域。我想用科学的刀来研究生产现场的人体运动，并与企业一起进行运动分析。

谷川日本通过制造业变得强大，但目前却处于衰退之中，毫不夸张地说，考虑到未来人口的减少，日本面临衰退的危险。为了保存我们迄今为止培育的技术并进一步发展，我们相信每个公司都需要共同努力，交换信息，并积极融入下一代技术。我希望您能够利用 AIST 联盟。

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＊1 增强现实翻译。通过显示叠加在真实风景（现实）上的虚拟视觉信息，你面前的世界被“虚拟地扩展”。
＊2 通过网络空间（虚拟空间）和物理空间（真实空间）高度融合的系统实现经济发展和社会问题解决的以人为本的社会