协作机器人会取代制造业中的人类吗?

关于制造业自动化的文章，特别是机器人和协作机器人，有时被称为“合作机器人”，经常出现在媒体上。头条新闻往往聚焦于减少工作岗位和取代工人。

每当我听到有人提到自动化正在取代人类时，我就开始坐立不安，因为我正在准备辩论。在明尼苏达州，我们有时称之为" yeah-buttal "

我们似乎早已忘记，装有电子表格、文字处理和演示软件的计算机已经取代了计算尺、计算器、打字机、透明胶片等，以及速记员和其他使用这些低技术含量工具的人。值得庆幸的是。当然，我们使用电脑，我们的工作效率更高。计算机软件和硬件的结合可能被认为是自动化的一种形式(以及通信、娱乐和许多其他功能)，社会已经接受了这一点。

制造业是不同的

在制造业自动化领域，情况有所不同，在工厂车间，仍然有人类在直接从事劳动——或者至少在其中许多人身上——在自动化可能导致工作岗位被淘汰的程度上，自动化有时被视为一种威胁。我们都听说过汽车厂心怀不满的员工搞破坏的故事，尽管这样的例子可能被夸大了。不满的源头可能是机器，也可能不是——它只是一个无辜的受害者。

自动化的目的是什么?它的目标是取代人类吗?考虑一下数据。根据美国联邦储备委员会经济数据(FRED)美国工业生产指数显示了自20世纪20年代以来工业生产的持续增长，尽管在2009年等年份出现了暂时的衰退。此外，根据美联储的数据，美国制造业就业人数在1979年左右达到近2000万人的峰值，但自那以后，就业人数已下降到2017年的1200多万人。同样，根据FRED的数据，自1990年以来，每个员工的产量几乎翻了一番。

上面描述的情况很清楚:美国制造商用更少的工人生产更多的产品。根据你的观点，这听起来可能不太好。这听起来像是很多失业的人。然而，如果所有这些人都失业了，那么失业率就应该相应地大幅上升。相反，美国20世纪70年代末6%至8%的季节性调整就业率在最近的新冠疫情之前下降到4%左右。所以，是的，自动化(和其他因素)已经用更少的人实现了更高水平的生产产出，我欣然承认降低劳动力成本确实是目标之一。

自动化的更高目标

然而，具有讽刺意味的是，在我在自动化行业工作的这些年里，我很少觉得这种投资的唯一甚至主要目的是减少工作岗位。通常，更高的目的是增加产量、提高安全性或提高质量和精度。设想一条每分钟生产1800罐的罐头生产线。只有自动灌装线才能做到这一点。想象一下，如果没有适当的控制，冲压机很容易切断操作人员的手或夺走生命。想想医疗设备生产或半导体制造的卫生和精度要求。其中许多过程只有通过自动化才能实现。

今天，大多数制造企业，甚至整个行业，只有在实现自动化的情况下才能生存;对于我们这些从事自动化行业的人来说，这给了我们很大的使命感。我们帮助我们的客户做他们做的事，生产他们生产的产品，让他们继续经营，这通常是他们在美国继续经营的唯一途径。相比之下，一段时间以来，由于劳动力成本较低，中国被视为自动化程度不高。但自2013年以来，由于上述所有原因，中国已经成为世界上最大的机器人市场——这不仅仅是为了减少劳动力。

在最一般的意义上，自动化就是机械。机械加工用计算机数字控制(cnc);食品、饮料或其他消费品包装机械;把产品从一个站运送到另一个站——看看你看到的每一个物体都是在某个地方制造的——你的窗户、你的电脑及其所有组件、你的眼镜、你的地板、你的信用卡，都可能是由于某种程度的自动化机械——甚至你的汽车是取代了马的机器，我没有听到任何人抱怨这一点。

机器人成为典范

然而，对于那些不关注自动化的优点和必要性，而是关注人工流程自动化所带来的效率和生产力，以及消除工作的人来说，某种形式的自动化往往是典型的例子:机器人。

机器人并不新鲜。最早被认为是机器人的发明是20世纪50年代肯塔基州路易斯维尔的乔治·德沃尔(George Devol)发明的。他称这项发明为“Unimate”，是“通用自动化”的缩写。它被认为是“通用的”，因为与大多数有特定用途的机器不同，Unimate可以被配置和编程来做许多不同的工作(尽管距离真正的“通用”还很远)。Devol在商业上并不成功，但约瑟夫·恩格尔伯格(Joseph Engleberger)在20世纪60年代购买了专利，最终成功地在“统一”品牌下部署了许多机器人。当然，从那时起，全球许多其他公司也推出了许多其他型号，通常主要是由于其品牌的显著标志性颜色——通常是亮黄色、橙色、蓝色等。在各种各样的工厂里，这些机器人和机器一起被越来越多地使用。

顺便说一下，我们在这里关注的是工业机器人，那些用于制造业的机器人，但我们也看到了机器人在完全不同的背景下的发明，比如用吸尘器打扫地板。这完全是另一个话题了，尽管这种扩散很可能会推动社会对可怜的、被围攻的机器人的更高程度的接受。

为什么机器人经常成为这种误导性批评的目标?嗯，它有手臂。实际上，它通常只有一只手臂，在行业中有时甚至被简单地称为“手臂”。机器人手臂比人的手臂更快、更精确，通常也更强壮(见图1)。它永远不会累，不需要上厕所，也不需要请病假。它被编程来执行特定的、重复的任务，通常需要很少的维护。

不幸的是，与人类不同的是，机械臂没有眼睛，尽管某些电视节目和科幻电影中确实出现过这种长得像人的机械生物，甚至还有腿。(顺便透露一下，许多机器人确实使用视觉引导，尽管这些硬件并没有试图模仿人类的外观，除了一家误入歧途的公司，他们实际上销售了一款眼睛在显示屏上的机器人——它们甚至会眨眼。)

真正的机械臂通常是固定安装的，要么在地板上，要么在基座上或桌子上，并按照特定的路径编程——通常是非常快速的，由强大的伺服电机驱动大量的质量，所以你不想妨碍它。有时，例如在焊接应用中，手臂不一定移动得很快，但操作本身是危险的，所以在这些情况下，人们不会想靠得太近。由于这些和其他原因，机器人操作的区域必须受到保护，在它操作时不允许人类进入，而且有很多标准要求这样做。有时，这种看守就像一个笼子，围绕着机器人及其操作，被称为“机器人细胞”。其他时候，就像汽车装配线上的点焊机器人一样，包含几个机器人协同工作的整个区域都有守卫，以防止人们进入，如果通往该区域的门被打开，或者如果扫描仪检测到该区域内不应该存在的东西/人，生产线将停止运行。

进入，协作机器人

在过去的十年里，工业机器人一直受到保护。但后来出现了协作机器人。“协作”一词的本质是指它可以与人类协作或合作运作。这怎么可能，又怎么会不危险呢?机器人的设计是这样的，它在功率和力量上是有限的，包括一个功能，如果检测到碰撞，机器人可以立即停止，这可以通过几种不同的方式来实现。在许多应用中，机器人可以在不保护它的情况下部署。始终应该执行风险评估，这有时仍然会导致应用程序受到保护，即使机器人是“cobot”。举个例子，如果机器人正在移动一个尖锐或突出的部件，即使是最轻微的碰撞也可能造成伤害。

“协作”一词还可以有一个与训练方式有关的次要含义。它们通常不是单纯地通过键盘或挂件输入速度和坐标，而是通过人类的手从a点移动到B点来训练，这是人与机器的良好合作。虽然易于编程并不是协作机器人的主要价值主张，但它往往是一个非常令人信服的优势，帮助销售了许多此类武器。

协作机器人会淘汰工作岗位吗?

让我们回到协作机器人是否可以消除工作以及其动态是否与任何其他形式的自动化不同的问题。我们已经指出，直接减少劳动力是自动化总体上的几个目标之一，数据显示，近年来工业产出不断增加，而同期制造业就业人数却在下降。虽然我当然是自动化的一般支持者，但我认为协作机器人特别适合在一个接一个的基础上减少工厂车间的人员数量——去掉一个人，用机器人代替。为什么?如果一名员工每天要执行数小时的重复任务，由于易于编程和设置，在相对较短的时间内，在他或她的位置上实现一个协作机器人通常相对容易，而且不需要传统机器人所需的所有保护。出于同样的原因，协作机器人也更实惠(不仅是机器人的成本，还有安装成本，这避免了大量的工程时间和“机器人单元”硬件)，因此更容易在经济上得到证明，因此很可能会部署更多的协作机器人。

需要明确的是，我们说部署一个协作机器人通常是相对容易的，但肯定有许多应用程序的任何类型的自动化部署都是具有挑战性的。值得注意的例子是，正在制造或加工的产品要么难以处理，要么不太可重复，例如服装行业，其大量生产持续在全球各地转移，以寻求绝对最低的劳动力成本;或者在肉类加工行业，由于COVID-19的爆发，肉类加工(截至本文撰写时)经常出现在新闻中。这种疾病爆发的核心原因是大量的工人，他们被雇佣在彼此附近，因为他们对一种不规则和复杂的“产品”执行屠宰职责。在提高这些设施的自动化程度方面可能会取得一些成功——当然，动机是存在的，但迄今为止，这样的成就还难以捉摸。

关于使用协作机器人来减少人力劳动的最后一点——也许成功部署的最佳例子是在有多个工作站执行同一类型过程的生产设施中，例如在有多台CNC机床的加工设施中。假设有30台数控机床生产汽车零部件(见图2和图3)。如果没有机器人技术，你可能需要20名员工来管理所有的机器(保持毛坯的供应，将毛坯放入数控机床，然后将毛坯取出)。通过在cnc上部署协作机器人，或至少大部分cnc上部署协作机器人，该操作可能只需要5到10名操作员——这大大减少了劳动力——而且从社交距离的角度来看，这是一种更安全的操作。

展望未来

需要注意的是，上面提到的员工需要接受更严格的培训，才能与机器人协作操作，同样重要的是，有必要雇用或与知道如何编程和安装机器人的人签订合同。确实需要更少的人，但他们通常受过更好的培训，薪酬更高。制造业再次成为开创职业生涯的好地方。多么美丽的讽刺——用更多高薪员工来减少劳动力成本。

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