让制造业DX成为现实的智能工厂
从自动化到自主化、协调化，更加智能化的生产用机器人
可根据食材的用量和状态进行烹调的烤箱，还有可根据行情变动确切判断股票买卖时机的算法交易，等等…。近年来，此类利用数据进行智能化运作的设备和系统已得到普遍利用。其中，有些设备能够作出与人类匹敌的高度判断，甚而在某些应用方法中已出现了超越人类工作能力的设备。
可运用传感器和AI，灵活完成工作的智慧机器人
以往的家电产品和信息系统仅能按照事先确定的顺序和条件，严格地完成各项工作。其优点是即使在使用环境发生变化时，也不会进行预设以外的操作，但同时也存在无法灵活地随机应变的问题。当然，即使是此类以往的设备，也具有能够自动地进行迅速、正确工作的优点，在很多方面可以说起到了足够的作用。
而最近的智能设备和系统可自主地进行灵活应对，其适用范围已扩展到至今为止依靠人手的工作领域。此类智能设备与系统的效果在制造业中特别显著，可感知生产中工件的个体差异和作业质量的上下波动等，自主地进行生产条件的调整，从而实现可在高水准上保持工作效率和质量的智能工厂。
在工业机器人方面，这一智能化趋势特别显著。至今为止，工业机器人主要用于实现单调的重复作业以及对人工来说危险及辛苦作业的自动化。但由于与以往的很多设备一样缺乏作业的灵活性，所以其用武之地也十分有限。今天，工业机器人已经能够实施以往因需要灵活性而不得不依靠人手完成的各类作业。
近年来，智能机器人取得显著进步，其内部可连续进行“信息收集”、“解析·识别”、“行动决定”和“机构控制”4种任务（图1）。
其中，在信息收集的过程中，一般是通过摄像头和传感器等收集周边环境的数据乃至生产系统的信息等。在解析·识别过程中，则根据已收集的数据，利用人工智能（AI）等高端的信息处理技术进行状况判断。换而言之，可以说智能机器人是一种高端的IoT系统。在下一步即行动决定的过程中，需要决定为了达到目的应在怎样的条件下进行机器人的操作。在此阶段之后，如能够根据所收集到的信息，正确地决定所需行动的话，则与以用以往控制工业机器人的FA技术并无太大的区别。此外，还需要通过机构控制，对驱动机器人的机械臂、机械手等可动部位的马达进行必要的控制。
在半导体工厂，通过与生产管理系统联动对机器人进行自主控制
今天，智能机器人在先进的工厂中承担什么样的工作，又带来了什么样的效果呢？下面将以半导体工厂和汽车工厂，也就是厂内要求工作内容完全不同的两种先进的工厂为例来进行介绍。
首先是半导体工厂。在半导体工厂内，通过对硅晶片实施各类加工和处理，生产绘有精细复杂的电路图的芯片产品。半导体工厂的特点，是已将生产线上的工序、作业的自动化和省人化推进至极限。这么做的目的，是因为如果让人进入厂内，那么人本身便会成为降低芯片成品率的主要原因。
近年来，在半导体行业，随着设计和制造的水平分工化的发展，产品制造往往委托可生产各类芯片的企业来承担，这类企业被称为foundary（铸造厂）。在铸造厂中，可根据市场需求和设计专业制造商的生产计划，调整芯片制造的种类，即所谓变种变量生产。同时，由于每种制造芯片的加工和处理的顺序和条件均可能有所不同，工厂内往往会频繁地发生步骤变更或装置间搬运目的地的变更等，因此必须引进可根据生产品种变化，尽量减少人手介入，仅通过机器和系统便能灵活应对的机制。
满足此类要求的，正是智能机器人。在半导体工厂内的不同工序间搬运中，一种被称为AMHS*1的搬运用机器人（图2）大显身手。为了最大限度地提高半导体工厂的生产效率，可根据生产日程和各工序处理进展状况进行及时搬运的机制不可缺少。因此，在不同工序间搬运中所使用的AMHS的动作是与管理各工序处理及其条件、搬运等的MES*2联动的，通过自主控制，使其能够在理想的时机实施搬运作业。
*1 AMHS是Automated MaterialHandling Systems的缩写，翻译为自动物料搬运系统，是AGV（无人配送车）的一种。一般来说，该系统可沿着工厂天花板上设置的轨道，将收纳FOUP即单批晶圆的箱子吊起，并搬运到目的地。
*2 MES是Manufacturing Execution System的缩写，翻译为制造执行系统，是一种可实现生产线上的装置及加工、处理对象状态和动作可视化，为作业者提供帮助并进行决策支持的信息系统。在半导体工厂，很多情况下无需经过人的判断，而由信息系统自主地对机器人和装置的动作条件进行调整和控制。
在汽车工厂，人和机器人协调完成组装和检查工序
下面再来看汽车工厂的情况。据说，目前每辆汽车的构成零件达到约3万件。在整车厂内，经过“压制”、“焊接”、“喷涂”、“组装”、“检查”5道工序，将多种多样的部件、材料进行复杂而准确的组装，完成车辆的生产，并且每道工序都利用各类不同的机器人。
在5道工序中，压制、焊接和喷涂3道与半导体工厂同样已实现了省人化。其原因在于工作中所使用的材料往往很重，或有可能使人受到有害气体和药品的伤害。因此，在这些工序中往往使用大型且操作敏捷的多轴机器人等。对于此类机器人来说，对其作业速度和准确性的要求更高，往往超过对智能性的要求。
另一方面，在组装和检查工序中，尽管目前机器人技术已得到高度进化，仍有部分作业必须依靠人手，因为其中部分工作需要对零件位置进行精准调节，安装时要求准确的力度，或必须依赖人的感性进行检查等。但由于并非所有的作业都需要依赖人手，因此为了提高作业效率、提高品质，也同样需要进一步提高机器人的自动化水准。并且，在这里往往利用可以与人共存，并协调作业的机器人，我们将其称为协作机器人*3（图3）。
*3 所谓协作机器人，是指搭载了确保安全性能的机器人。无需准备安全栅，也可与人在同一个工作现场共存，并与人进行连动作业。
近年来，协作机器人的进步非常显著。目前，有些机器人已具备了可关注附近工作人员的操作进度状况，并进行顺利协调的功能。采用人力操作时，每个人的作业熟练程度、身体状况和疲劳程度都可能成为影响工作效率的因素。因此，为了提高工序内的作业效率，必须协调一起工作的机器人的动作，使其与人的作业保持同步节奏。
我们预测，活跃在工厂中的机器人今后定会变得越来越聪慧吧。其发展主要得益于几个方面，包括数据收集的传感器技术、能够在装置和设备之间进行信息共享的产业网络技术、乃至AI等高度信息处理技术的进步等。智能机器人用电子零件和半导体的重要性，今后也定会日益提高。
