人工智能如何改变制造业

2024年3月19日

作者：George Dickey

在通用和汽车制造业等领域，人工智能已经彻底改变了流程与效率。本文将探讨人工智能在全球制造工厂中的应用。

利用人工智能进行预测性维护

在任何机械应用中，预测性维护都利用人工智能算法来预测机器何时以及如何发生故障。利用人工智能的这一应用，可以在机器发生故障前主动进行修复，从而最大限度降低成本、优化维护计划并减少系统停机时间。在预测性维护应用中，人工智能会分析传感器输入的历史数据、一段时间内的设备性能以及预测需求，从而预测潜在的故障。

为了实现预测性维护，机器必须包括一系列专用传感器、IoT 连接设备和系统数据处理单元。机器学习算法可在集成数据处理单元、本地服务器或云端运行。无论是简单的循环冷却系统泵，还是最先进的 12 轴数控系统，预测性维护技术几乎遍布每一个行业。

利用人工智能优化供应链

在制造业中，供应链物流可以显著影响吞吐量的好坏。人工智能驱动的制造供应链优化可以预测装配线资产需求，根据制造速度优化库存水平，并为整个工厂的高效存储和运输路线提出建议。综上所述，人工智能在制造供应链中的应用可大大降低成本、提高吞吐量并减少延误。

例如，波音公司的埃弗雷特工厂是全球最大的建筑物，内部空间超过 98 英亩，生产四种不同型号的飞机。波音 777 这一单一机型包含来自 500 多家供应商的约 300 万个零部件。波音公司使用 FRID 标签、GPS 跟踪器、仓库自动化系统、自动化车辆、传送带系统和先进的机器人技术来管理工厂内庞大而复杂的供应链。供应链物流的简化在很大程度上依赖于人工智能驱动的物流软件，不仅能对单架飞机的制造进行超人管理，还能覆盖到整个工厂。

工厂运营中的能源优化

工厂的生产力和效率是其绩效指标的核心。降低能耗可提高工厂的成本效益，但如果得不到有效管理，工厂的整体生产力就会降低。利用人工智能优化工厂能源时，需要分析来自一系列设备和环境传感器、机器运行、能源使用模式和成本模式的实时数据，以识别效率低下的问题，并提出优化能源利用的调整建议。

例如，西门子利用人工智能算法创建工厂的数字孪生，监控设备性能，优化生产计划，并改变各种类型工厂的能源使用模式。通过基于人工智能的预测分析，西门子已经证明，他们可帮助减少 50% 的能源相关排放，同时通过减少闲置期间的能源浪费，并优化机器运行时间来保持生产产出。为此，必须采用智能能源计量表、能源监控系统、物联网传感器和基于人工智能的能源管理平台等设备。即使前期成本较高，使用这些设备也能降低工厂的整体寿命成本。

汽车行业中的人工智能机器人技术

汽车制造几乎在装配流程的每个阶段都使用了机器人装配技术。人工智能机器人可精确放置材料、焊接和紧固部件、与人类合作进行总装（称为“协作机器人”）以及在整个制造工厂中运输材料。

此外，机器人本身的运动也可以利用人工智能进行优化。例如，如果机械臂使用五个独立电机来控制机械臂末端的抓爪，那么人工智能就能确定独立控制电机的最有效方式，从而提高精度、减少能耗，并缩短完成任务的时间。这种能力尤其适用于焊接、装配和喷涂应用，如汽车制造工厂中使用的应用，因为这可确保高质量和一致的焊接，同时还能最大限度减少总能耗以及制造时间。这些机器人通常利用计算机视觉传感器、计算系统、人工智能控制单元和各种运动传感器。

人工智能自动质量控制

汽车包含数十万个零部件，其中大部分都可能出现故障。随着装配过程自动化的程度越来越高，对严格的高质量保证需求也越来越大。人工智能通过分析图像、视频和传感器数据，标记出有问题的结构或单个组件，从而帮助识别缺陷或偏离质量标准的情况。

例如，保时捷的汽车喷漆工厂拥有一条四英里长的传送带，其中包括一个完全由机器人驱动的喷漆流程和一个最终检测通道。在检测通道中，员工和高分辨率摄像头对喷漆表面进行检查。这些摄像头的视频由人工智能进行分析，以检测细微的瑕疵，并立即进行补救。

工艺不断改进

宝马汽车公司在喷漆工艺中以另一种方式使用人工智能：对喷漆装配线进行整体工艺分析。他们利用人工智能预测工厂内粉尘水平的增加，而粉尘水平的增加会根据温度和季节模式对喷漆质量产生负面影响。根据这一预测，宝马公司可精确确定暖通空调系统中过滤器的更换时间，从而有效地将有害影响降至最低。

从广义上讲，人工智能可利用各种数据输入接受海量数据序列，识别数据中的模式和不规则性，从而监测或预测数据结果。宝马公司的数据输入是各种历史记录和当前天气日期，输出则是灰尘颗粒的预期增加，以及随后的过滤器更换行动。

利用人工智能优化制造

人工智能可整合各种数据输入，识别模式，助力深入分析，并提供针对具体应用的建议，从而提高几乎所有行业的工厂和制造水平。通过实施人工智能，我们可更好地理解复杂的系统，从而解决现实世界中的问题。无论是保时捷的喷漆检测线实施的新时代质量控制，还是帮助管理波音公司全球最大的制造工厂，抑或是监控简单的循环水泵的性能，人工智能都能优化工业制造效率、最大限度提高性能，并降低能耗。