機器人已經成為工廠車間的副駕駛，成為噴漆工、打磨工、機器維修工和材料運輸工。當波音公司專家菲爾-弗里曼（Phil Freeman）在20世紀末開始其航空航天事業時，還沒有機器人為飛機上的緊固件鉆孔。

自動化專家、波音研究與技術部高級技術研究員Phil Freeman認為，在航空航天生產過程中使用的機器人和系統出現了更多的自主性趨勢。

波音公司波音研究與技術部（南卡羅來納州查爾斯頓）高級技術研究員菲爾-弗里曼（Phil Freeman）解釋說：“我們了解了很多原因；（這是因為）機器人在精度和剛度方面的工作方式。然后，通過這些，我們想出了如何克服這些挑戰。而現在，我不知道有哪家航空航天公司沒有機器人在飛機上鉆孔。”

除了為緊固件鉆孔外，機器人還是航空航天原始設備制造商及其供應商的油漆工、機械投標人、材料運輸工、打磨工和拋光工。

先進的復合材料制造商Airborne Aerospace BV（荷蘭海牙）使用自動編程的機器人，通過根據CAD圖紙設計自己的膠水路徑來密封復合材料部件的邊緣。

GrayMatter Robotics 的首席科學家 Satyandra “SK” Gupta 表示，借助以物理學為基礎的 AI 驅動軟件，已知的物理原理可以彌補制造業數據的缺乏。

總部位于加拿大蒙特利爾的軟件公司 RoboDK 幫助德克薩斯州奧斯汀的自動化解決方案提供商 Wilder Systems Inc. 開發了一種機器人空氣清洗機——就像洗車機一樣，只是機器人在車輛靜止時移動——以擦洗臟兮兮的工藝品。Airborne 和 Wilder Systems 均未回應采訪請求。

機器人不僅承擔大多數人類不喜歡的重復性和更危險的工作，而且它們不需要安全許可就可以在航空航天及其更隱秘的孿生國防等受限行業工作。機器人還可以彌補合格工人的不足。

航空航天采用手工疊層等遺留工藝，在自動化游戲中似乎已經晚了，但弗里曼指出這并不準確。

他說：“航空航天實際上有很多自動化。大多數制造都是自動化的，對吧？所以在低端，有點經典，你有很多 CNC 工作。但即使在諸如復合材料的自動纖維放置之類的事情中，也有相當多的自動化。然后，當你開始組裝和連接時，仍然有相當多的自動化。因此，您會看到飛機的自動配平和鉆孔、自動鉆孔和緊固。然后您會看到使用 NDI（無損檢測）和無損評估的自動檢測。你會看到很多工件夾持的自動化。在（波音）復合材料機翼中心，我們在物料搬運方面做得更多。我們正在使用 AGV（自動導引車）來移動大型零件、機器人夾具等等。”

弗里曼曾參與 F-18、C-17、F-15 和 787 夢想飛機的自動化項目，他認為航空航天自動化正朝著生產過程中使用的機器人和系統的更多自主性發展。

他說：“我認為自治確實是我們正在發展的領域之一。系統在較少定義和較少約束的環境中工作的能力。”

據該公司稱，Otto Motors 的 1500 自動移動機器人 (AMR) 是一種主力機器，旨在通過苛刻的環境移動重達 1900 公斤（2.1 短噸）的有效載荷，速度比市場上任何其他 AMR 都快，安全事故為零。

例如，Freeman 指出，自動化移動機器人 (AMR) 可以自行在工廠中導航，到達需要完成工作的位置，然后根據自己的人工智能執行工作。

他說：“這涉及大量機器學習、人工智能、算法機器人技術，例如自動任務規劃、自動路徑規劃。這些是我們從自動駕駛汽車等其他領域借鑒的想法。這就是我在機器人技術中看到許多新興領域的地方——從某種經典的、嚴格的腳本化步驟和序列集轉變為更加自主的系統，這些系統能夠對環境做出反應，自行做出決定，并繼續工作。”

與大多數研究人員一樣，弗里曼和他的同事們一直在努力突破可能的界限。這正是一家供應商在十年間嘗試使用機器人打磨拋光亞克力飛機透明膠片時所做的事情。

一種尺寸并不適合所有人

為了為其飛機透明膠片（窗戶和機蓋）的生產尋找自動化流程解決方案，總部位于英國的 GKN Aerospace Services Ltd. 與經驗豐富的自動化集成商合作了 10 年，他們使用現成的機器人和控件。首席研究工程師 Martin Philo 表示，盡管付出了努力，但配置失敗的系統數量“遠遠超過”成功部署的數量。

因此，該公司著手查明原因。

Capriol 的 MNT 型號結合了 Otto Motors 1500 自動化移動機器人和 FANUC R1000 系列機械臂，專為處理中型有效載荷而設計。

“在整合了我們自己的幾個項目之后，GKN Aerospace 意識到許多機器人供應商提供的‘通用型’系統根本沒有能力精確執行 GKN 提供的更復雜的流程航空航天需要實現自動化，以保持競爭力并保護我們的員工隊伍。”Philo 解釋道：“進一步的研究使我們得出結論，硬件不是問題所在，但由于我們流程的復雜性，機器人軟件無法充分執行自動化計劃。我們需要的是一個全面的系統解決方案，包括專門為處理復雜流程而開發的軟件、組件驅動程序和人工智能。”

GKN Aerospace 不是自動化的新手，它已經使用了 CNC 機器、成型自動化設備和自動化檢測。GKN Aerospace 位于加利福尼亞州加登格羅夫的工廠的另一項自動化任務是打磨和拋光亞克力軍用機蓋和駕駛艙窗戶以及客機窗戶。這項工作是極其勞動密集型的：打磨一個零件需要的不僅僅是一個工作班次。

GKN Aerospace 相信它在加利福尼亞州的 GrayMatter Robotics Inc. 找到了合適的合作伙伴來滿足其對自動打磨和拋光的需求，并通過與開發商的直接合作增強了其樂觀情緒。

GrayMatter 的專家同意這家航空航天供應商的結論，即提供機器人作為完整解決方案以及現成機器人軟件是之前項目失敗的根源。其 Scan&Sand 技術使用光學掃描和定制的、基于物理的 AI 驅動軟件來支持安裝在龍門架上并配備研磨工具的工業機械臂。

GrayMatter 的首席科學家 Satyandra “SK” Gupta 說：“如果你看到很多人工智能被用于先進的工業、電影和 Facebook 圖像檢測，這些都是純粹的數據驅動技術。他們擁有數以百萬計的可用數據，他們只是簡單地挖掘數據以尋找模式。”

然而，在數據有限的制造中心，已知的物理原理可以代替數據的缺乏。例如，眾所周知，在打磨時，施加更大的力會去除更多的材料。

該級別的信息或數據對于 Scan&Sand 來說已經足夠了。“你不知道確切的關系是什么，但你至少知道這是我預期的趨勢，”古普塔說：“所以你不需要挖掘數據來了解趨勢。您已經知道存在這些物理關系，除此之外我還需要數據。因此，無論您了解您想要利用的過程的任何信息。”

正如自動化所承諾的那樣，GKN Aerospace 希望在 GrayMatter 的幫助下更快地完成工作并始終如一地提高質量。

根據初步估計，Scan&Sand 將在不到四小時內完成一個零件，從而提高生產率，使 GKN Aerospace 的產量提高三到四倍。此外，自動化有可能顯著降低與打磨相關的報廢、維修和返工成本，每年可達 500 萬美元。

Philo 說：“我們選擇在這個項目上與 GrayMatter 合作，因為他們專注于打磨，渴望實現高質量而不僅僅是生產力，以及支持項目目標的軟件技術。”

GKN 于 2022 年 1 月開始使用 Scan&Sand，并計劃在明年達到必要的技術和制造準備水平后將其部署到生產中。

Philo 說：“項目團隊正在努力開發技術以實現精確質量，同時探索新的檢測方法以納入生產打磨和拋光系統。”

節約時間

在美國北卡羅來納州阿什維爾的 GE 航空集團，技術精湛的操作員在對飛機發動機護罩進行 CT 無損檢測時成為他們自己的打手。與此同時，該工廠的護罩產量計劃激增以滿足客戶需求。

需要進行一些更改以提高生產率，并且需要在整個工廠中進行擴展。

GE 航空測試首席工程師斯蒂芬賴斯在一個關于 2018 年開始解決問題的案例研究視頻中說：“這個過程是手動交互的，有很多人互動，過程迭代。在那個時間點，我們正在尋找每周 30-60 件（裹尸布）的速度。到 2022 年，我們未來的增長率將上升到每周 1,500，所以我們知道我們必須找到前進的道路。”

這些手動交互過程中的每一個都需要 20-30 分鐘，每 7 天 1,500 件裹尸布的目標速度將比一周花費更多的時間。

解決方案和視頻的主題是通過在 Otto Motors（安大略省基奇納）（Clearpath Robotics Inc. 的一個部門）的 AMR 上安裝 Fanuc 協作機器人手臂來創建一組移動機器招標。

GE 航空公司工藝工程師 Evan Bryant 在視頻中說：“通過引入自動化，我們看到進入零件的直接人工減少了 20%，”

OEM 節省的不僅僅是時間。

根據案例研究視頻，該公司在 2019 年實現了 130 萬美元的投資回報，這是移動車隊運營的第一個全年。此外，Capriol 的運營經理 Tom Post 在接受采訪時說，位于密歇根州西布盧姆菲爾德的移動機器系統集成商 Capriol公司 提出了一個解決方案，可以節省 800 萬美元的資本投資以達到最終的產量。

“在您觀看的案例研究視頻中，他們開發了安裝在我們車輛頂部的 Fanuc 協作機器人附件，以滿足連接到 CNC 機器并從該機器中取出非常重要、昂貴的部件的非常具體的負載處理需求并在此過程中將其轉移到下游。”Otto Motors公司首席執行官馬特倫德爾在另一次采訪中補充道。

GrayMatter Robotics 的自動化 Scan&Sand 技術的設置包括兩個機械臂，一個用于過程，另一個用于檢查。

誰是Otto Motors？

Otto Motors 與 GE 有著長期的合作關系，自 2015 年這家加拿大公司成立以來，這家美國跨國公司就是該公司的早期投資者和合作伙伴/客戶。Otto 的專長是提供“地球上一些最大的 AMR 車隊”用于物料搬運，據稱到公司。

雖然 Otto Motors 構建其 AMR 旨在為客戶提供最佳的總擁有成本、最長的使用壽命和最長的正常運行時間，但其真正的力量在于其軟件。

Rendall 說：“軟件實際上是將我們的產品集成到環境中的最重要原因，它有兩層：在車輛上運行的軟件，但從流程層面來看，真正的魔力在于車隊管理軟件。”

對于 AMR 的軟件，運營商希望擁有最智能、最具彈性和最強大的機載軟件。憑借這種智能，機器人可以對現實世界的情況做出反應，例如轉彎和在無法模擬的混亂中工作，所有這些都以一種仍然允許正確的部分在正確的時間到達正確的位置的方式進行。幸運的是，即使是新部署的 Otto AMR 也能從該軟件的蜂巢式思維質量中獲益，該軟件目前已積累了超過 300 萬小時的生產駕駛經驗。

倫德爾說：“想想一個正在學習如何駕駛的青少年，也許他們需要兩周的駕駛經驗才能獲得駕照。嗯，在機器規模上，你們有共享智能，對吧？想象一下將電纜插入駕駛教練的頭部并將所有駕駛體驗下載到學生身上的能力。現在，每一輛駛入車間的車輛都能夠接入我們軟件的中央智能系統，并一下子擁有 300 萬小時的駕駛體驗。從我們的角度來看，這是非常重要和有力的，而且與眾不同。”

Rendall 描述背后的技術很有吸引力：車隊管理軟件是客戶選擇 Otto 而不是其競爭對手的最大原因之一，他說。

他說：“它是將 AMR 車隊連接到制造執行系統、SCADA 系統和 PLC 網絡的車隊管理軟件。正是它為您提供無縫的端到端集成，并將材料從一件加工設備轉移到像我們這樣的材料運輸解決方案。”

在 GE Aviation 案例研究中，工廠的 AMR 與 CNC 機器接口，這意味著機器人和機床必須進行通信。與此同時，AMR 和車隊經理正在來回發送信號。

Rendall 說：“因此，您的材料流盡可能接近熄燈狀態。”

跑過通用電氣

雖然 Otto的AMR使用激光雷達和軟件進行導航，但Capriol在其為GE航空項目中的移動機器人頂部的機械臂制造的終端效應器中加入了額外的視覺層。

Post說：“這是移動機器人的一項有利技術。因為我們從一個站開到另一個站，我們需要獲得機器人定位的位置。所以我們使用機器人視覺來改變機器人的偏移量，找到要加工的部件，并在該位置設置偏移量。當它開起來的時候，AMR定位（自己）±2厘米，這在機器人世界里是非常大的。為了能夠在機器人設計規格的半毫米范圍內定位，我們必須在設備上或工位上使用靶標，也就是機器人用來設置其偏移量的條形碼或點陣。然后我們就能精確地抓取零件并進行工作。”

與 Otto公司一樣，Capriol公司也與通用電氣有著長期的聯系。Post說：“我們（創始人）曾在通用電氣全球研究部的先進制造組一起工作。而我們的主管Roland Menassa指示我們制造移動機器人。所以我們開始建造他們的第一批設備。”

當通用電氣的財富出現下滑時，它取消了Post的小組。他說：“我們當時想，我們有客戶，內部客戶，他們對這個產品感興趣。我們可以擁有它嗎？而他們說可以。所以我們繼續在Capriol下進行項目工作。”

一段時間后，來自通用電氣資本公司（該公司的金融服務部門）的代表在參觀通用電氣航空廠時，看到了Otto Motors-Capriol 物料搬運機器人。

Post說：“其中一個人問我，你們是怎么做到的？GE放棄了這個球。我們把它撿起來并運行它。”