ضرورت سرمایه گذاری روی روبات‌های صنعتگر

تصویر: روبات های کارخانه ای می توانند به زودی طیف وسیعی از مهارت ها، از جمله توانایی انتخاب در نحوه ساختن چیزها، را کسب کنند.  studiostockart / DigitalVision Vectors via Getty Images
 
خرابی ماشین در کارخانه می تواند کارخانه را به تعطیلی بکشد. تولید از دست رفته می تواند میلیون ها دلار در روز هزینه داشته باشد. خرابی قطعات می تواند کارخانه ها، نیروگاه ها و تجهیزات میدان جنگ را نابود کند.
 اگر دولت جهانی سازی و اتوماسیون را نادیده بگیرد یا از آن اجتناب کند، در واقع نوآوری را خفه کرده است. برای بازگرداندن قطعات خراب شده به چرخه کار، تکنسین های ماهر از تمام ابزارهای کیت خود استفاده می کنند – با ماشینکاری، خمش، جوشکاری و سطح کاری، و ساخت هر چه سریع تر و دقیق تر قسمت درست. اما تعداد تکنسین های دارای مهارت مناسب رو به کاهش است و کیفیت کارهایی که با دست انجام می شوند منوط به مهارت و روحیه صنعتگر در روز ساخت قطعه است.
 
هر دو مشکل به زودی توسط تکنسین های روباتیک با هوش مصنوعی قابل حل هستند. این سیستم ها می توانند اندازه گیری کنند، قطعات را با استفاده از ابزارهای متنوع، برش داده یا جوش دهند، قطعات را به تجهیزات تخصصی انتقال دهند، و حتی مواد مورد نیاز را خریداری کنند - همه بدون دخالت انسان. این فرآیند که به عنوان تولید خود گردان ترکیبی شناخته می شود، شامل سیستم های خودکاری است که به طور یکپارچه از ابزارها و تکنیک های مختلفی برای ساخت اجزای با کیفیت بالا در هر مکان و زمانی که مورد نیاز است استفاده می کنند.
 
من استاد مهندسی متالورژی هستم. من و همکارانم دستور العمل ها را برای ساخت مواد و اجزای سازنده فقط با ساختار داخلی مناسب طراحی می کنیم تا خصوصیاتی مانند استحکام و مقاومت در مقابل شکستگی به وجود آوریم. من با شبکه ای از همکاران در ایالت اوهایو و سایر دانشگاه ها در حال تهیه طرحی برای به دنیا آوردن این صنعتگران خود گردان هستم.
 

چگونه چیز ها ساخته می شوند

قطعات یا به صورت انبوه تولید می شوند یا به صورت سفارشی ساخته می شوند.
 در واقع ساخت و برنامه ریزی روبات ها از نظر فیزیکی و فکری بسیار شبیه به انجام لوله کشی، سیم کشی برق و نگهداری اتومبیل است که بسیاری از مردم از آن لذت می برند و توانایی یاد گیری آن را دارند. بیشتر چیزهایی که مردم روزانه لمس می کنند به صورت انبوه تولید شده است. کیفیت با استفاده از فرآیندهای کاملاً شفاف و مبتنی بر آزمایش و نظارت بر تعداد زیادی از قطعات و اطمینان از این که فرآیند هر بار به همان روش انجام می شود، تضمین می شود.
 
ساخت سفارشی – یعنی ساخت اجزای سازنده بر حسب سفارش مشتری - اغلب ضروری است، و گاهی اوقات برای مثلاً مطابقت با آناتومی خاص بیمار یا جایگزینی چرخ دنده های فرود هواپیما که زمانی ساخته شده و دیگر ساخته نمی شود، ضروری است. فرآیندهای ساخت قطعات فلزی - برداشتن مواد، رسوب گذاری، دفرمه کردن، تغییر شکل، بازرسی - همه با ابزارهای کوچک، با اقدامات افزایشی و نه با انواع فرآیندهای عمده، معمولاً با ابزارهای بزرگ و قالب هایی که در تولید انبوه استفاده می شوند، انجام می شود.
 
مدت هاست که اتوماسیون بخشی از تولید انبوه است، که شامل روباتهای پیچیده ای است که قطعات را اداره می کنند و روی خطوط مونتاژ خودرو جوش می دهند. تولید افزودنی، که اغلب به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می شود، به طور فزاینده ای با استفاده از مواد مختلف برای ساخت اجزاء مورد استفاده قرار می گیرد.
 
آهنگران روباتیک اکنون در حال توسعه هستند - روبات هایی که می توانند قطعات فلزی را به جای برش، ساخت یا قالب ریزی، با چکش کاری شکل دهند.
اتوماسیون این مالکان انفرادی را قادر می سازد بدون نیاز به هزینه های هنگفت، در دسته های کوچک خلق و نوآوری کنند.  
تصویر: بازوهای روباتیک به قاب اتومبیل در حال ساخت می رسند. روبات ها ده ها سال است که در حال ساخت ماشین هستند، اما آنها معمولاً کارهای ساده و تکراری را انجام می دهند که نیازی به تصمیم گیری ندارند. لنی کهنه / Unsplash
 

سفارشی سازی خودکار - یک عبارت ضد و نقیض نیست

من و همکارانم برای خود کار ساختن ساخت سفارشی، مجموعه ای خودکار از ابزارها را در دست ساخت داریم که می تواند تمام مراحل ساخت طیف وسیعی از اجزاء را با استفاده از چندین فرآیند بدون دخالت انسان انجام دهد. سنسورها همچنین در تولید مستقل ترکیبی برای کنترل فرآیندها و حفظ و اطمینان از کیفیت، عناصری محوری خواهند بود.
 به زودی، روبات های چینی در آمریکا کار خواهند کرد.چنین سیستم های تولید مستقلی تصمیمات بی شماری را که برای ایجاد یک جزء با استحکام، اندازه و کیفیت سطح مناسب لازم است، اتخاذ می کنند. برای کنترل تعداد زیادی از مواد، تنظیمات دستگاه و توالی فرآیند، هوش مصنوعی مورد نیاز خواهد بود. این سیستم های تولید مستقل به جای یافتن یک دستور العمل تولید انبوه و هرگز منحرف نشدن از آن، مجموعه ای بسیار گسترده از دستور العمل های ممکن را برای ایجاد قطعات انتخاب می کنند و از هوش لازم برای اطمینان از این که مسیر انتخاب شده اجزایی با خواص مواد مناسب تولید می کند، برخوردار خواهند بود.
 
روبات ها می توانند ابزار های کوچک را روی مؤلفه تولید شده قرار دهند یا مؤلفه را از یک قطعه تجهیزات به قطعه دیگر منتقل کنند. یک سیستم کاملاً مستقل می تواند طیف گسترده ای از محصولات را با مجموعه ای متنوع از ابزار ها تولید کند. این سیستم ها می توانند مواد را تهیه کنند و حتی ممکن است کار را به قسمت ابزارهای برش و تغییر شکل ویژه، دقیقاً مانند یک صنعتگر انسانی، ارسال کنند.
 
نرخ تولید این سیستم ها با تولید انبوه رقابت نمی کند، اما از آن جا که روبات ها می توانند به طور مداوم کار کنند، می توانند از بازده بیشتری نسبت به تکنسین های انسانی برخوردار باشند. داده های حاصل از حسگرها، یک رکورد دیجیتالی از تمام مراحل و فرایندها با دمای بحرانی، تنظیمات دستگاه و حتی تصاویر را فراهم می کند. این رکورد می تواند کیفیت را تضمین کند، و به عنوان مثال، اطمینان دهد که ماده به مقدار مناسب تغییر شکل داده و در طول فرآیند ترک ایجاد نشده و پوشانده نشده است.
   
تصویر: با اشعه ایکس متمرکز بر زانو، سخت افزار مفصلی از جمله چهار پیچ بلند در استخوان تحتانی و یک سری منگنه نزدیک سخت افزار نشان داده می شود. جراحان گاهی اوقات هنگام برخورد با شکستگی های بد مجبور هستند دو برابر فلزکاران کار کنند. PEDRE / E + از طریق گتی ایماژ
 چین فهمیده است که مزیت رقابتی نیروی کار ارزانش تا ابد ادامه نخواهد یافت. و در عوض، با توسعه اقتصادش، هزینه های کار افزایش می یابدساخت در یا نزدیک اتاق عمل یکی از نمونه های فرآیندی است که می تواند با ساخت خود گردان ترکیبی فعال شود. اغلب وقتی بیمارانی که دچار شکستگی استخوان هستند تحت عمل جراحی تروما (که درمان تهاجمی صدمات فیزیکی است) قرار می گیرند، لازم است صفحات فلزی با اشکال متنوع، استخوان ها را برای بهبودی در کنار هم نگه دارند. این موارد غالباً در اتاق عمل ایجاد می شوند، جایی که جراح صفحه را خم می کند تا متناسب با بیمار باشد، و گاهی اوقات به جای این کار از یک مدل چاپ سه بعدی ایجاد شده از تصاویر پزشکی بیمار به عنوان فرم خم شدن فلز استفاده می کند.
 
خم شدن با دست، آهسته و نادرست است و فشار دادن صفحه در جای نامناسب باعث ایجاد شکستگی در آن جا می شود. یک تکنسین روباتیک می تواند قبل از جراحی، صفحه را برش داده و خم کند و تمام کند. اگر بیماران وقت کم تری را در بیمارستان بگذرانند، برای آنها بهتر است و هزینه کمتری هم پرداخت می کنند.
 

مسیر به سمت صنعتگران روباتیک

اکنون شرکت های زیادی راه را به سوی پیشرفت، در تولید خود گردان نشان می دهند، که از جمله سه استارت آپ با سرمایه گذاری ریسک پذیر هستند. FormLogic  در حال توسعه فروشگاه های خودکار ماشین آلات با کیفیت بالا است. Path Robotics  مهارت های جوشکاری را در یک روبات قرار می دهد. و Machina Labs برای ایجاد آهنگرهای روباتیک به وجود آمده است. شرکت های دیگر در حال توسعه سیستم هایی برای طراحی خودکار و تدارکات هستند.
 
ترکیبی سازی - توانایی انجام کارهای مختلف به روش های مختلف با چندین ابزار - مرحله بعدی است. قطعات اصلی تولید خود گردان ترکیبی اکنون وجود دارد و سیستم های کاملاً مستقل می توانند در طی یک دهه معمول گردند. شرکت هایی که این رویکرد ساخت سفارشی را در پیش می گیرند، باید از دانش آموزان نسل جدید با مهارت ترکیب این فناوری استفاده کنند.
 شرکت های چینی در سال 2015 بیش از دو برابر بیشتر از شرکت های آمریکایی روبات صنعتی خریداری کرده اند.سرمایه گذاری های پیشنهادی در قانون نوآوری و رقابت ایالات متحده که در 8 ژوئن 2021 توسط مجلس سنا تصویب شد و سرمایه گذاری در برنامه شغل های پیشنهادی آمریکایی دولت بایدن، می تواند از توسعه این نوع فناوری های پیشرفته تولیدی حمایت کند. بودجه برای توسعه فناوری های پیشرفته تولید و مهارت های مرتبط می تواند تولید ایالات متحده را رقابتی تر کند.
 

سرمایه گذاری روی روبات ها

 
 
تصویر: دانشجویان دانشگاه با تعامل انسان-روبات و دستکاری خود گردان، دو عنصر آینده تولید، آزمایش می کنند. نیکولاس کورل، CC BY-ND
 
اوج تولید آمریکا از بین رفته است و میلیون ها شغل نیز به دلیل مدرنیزاسیون از دست رفته است. علی رغم آن چه وزیر خزانه داری استیون مانوچین ممکن است فکر کند، اداره ملی تحقیقات اقتصادی و مدیران دره سیلیکون، و بسیاری دیگر، می دانند که این اتفاق در حال وقوع است. و گزارش جدیدی از PwC تخمین می زند که 38 درصد مشاغل آمریکایی در معرض "خطر بالایی" قرار دارند که در 15 سال آینده با فناوری جایگزین شوند.
 این که چقدر زود اتوماسیون جای کارگران را بگیرد مشکل اصلی نیست. تهدید واقعی برای مشاغل آمریکایی وقتی ایجاد خواهد شد که چین ابتدا این کار جایگزینی را انجام دهد.اما این که چقدر زود اتوماسیون جای کارگران را بگیرد مشکل اصلی نیست. تهدید واقعی برای مشاغل آمریکایی وقتی ایجاد خواهد شد که چین ابتدا این کار جایگزینی را انجام دهد.
 
از سال 2000، ایالات متحده پنج میلیون شغل تولیدی را از دست داده است. تخمین زده می شود که از سال 1999 تا 2011 حدود 2.4 میلیون شغل به طرف کارگران کم مزد در چین و جاهای دیگر رفته است. باقیمانده قربانی افزایش بازده تولید و اتوماسیون شد که بسیاری از مشاغل سنتی تولید را منسوخ کرد.
 
اگر چه بیش از یک میلیون شغل از زمان رکود اقتصادی سال 2008 بازگشته است، اما ضرر خالص، زندگی میلیون ها نفر و خانواده های آنها را ویران کرده است. برخی روباتیک را مقصر می دانند و برخی دیگر جهانی شدن را مقصر می دانند. معلوم می شود که این نیروها با هم کار می کنند، و به یک اندازه برای مشاغل تولیدی آسیب زا بوده اند. به عنوان مثال صنعت اتومبیل، قطعات بیشتر و بیشتری را از خارج وارد می کند، در حالی که خودکار کردن مونتاژ آنها را در ایالات متحده انجام می دهد.
 
من به عنوان یک محقق و مربی روباتیک، به شدت از این طرفداری می کنم که بهترین راه برای باز گرداندن این مشاغل، استفاده از نقاط قوت موجود، پیشرو بودن در کارایی تولید و انجام کارهای سخت برای پیشرفت بیشتر سیستم های آموزشی و اجتماعی مان برای کنار آمدن با تغییر نیروی کار است. به ویژه هنگامی که به آن چه در چین اتفاق می افتد نگاه می کنیم، روشن است که ما باید رقابت بین المللی کشور را حفظ کنیم، همان طور که از ابتدای صنعتی سازی این کار را انجام داده ایم.
قطعات اصلی تولید خود گردان ترکیبی اکنون وجود دارد و سیستم های کاملاً مستقل می توانند در طی یک دهه معمول گردند.

رقابت چین

در سال 2014، چین برای اولین بار محصولات بیشتر و با ارزش تر از ایالات متحده صادر کرد. بسیاری از این ها توسط کارگران کم مزد ساخته شده است که چین به خاطر آنها مشهور شده است.
 
با این وجود چین نیز به عنوان بزرگ ترین بازار رشد روباتیک ظاهر شده است. شرکت های چینی در سال 2015 بیش از دو برابر بیشتر از شرکت های آمریکایی روبات صنعتی خریداری کرده اند (یعنی 68000 تا در مقابل 27000 تا). China Midea  - تولید کننده لوازم خانگی – به تنهایی نیروگاه روباتیک آلمانی Kuka را خریداری کرده است.
 
چین فهمیده است که مزیت رقابتی نیروی کار ارزانش تا ابد ادامه نخواهد یافت. و در عوض، با توسعه اقتصادش، هزینه های کار افزایش می یابد. به عنوان مثال بهFoxConn ، پیمانکار تولیدی تایوانی آیفون که به دلیل فشار کاری در کارخانه های خود در چین شناخته شده است، نگاه کنید. این شرکت در حال حاضر از بیش از 60،000 روبات استفاده می کند، و گفته بود که می خواهد تا سال 2020 از بیش از یک میلیون روبات استفاده کند.
 یک سیستم کاملاً مستقل می تواند طیف گسترده ای از محصولات را با مجموعه ای متنوع از ابزار ها تولید کند. این، به ویژه با توجه به وضعیت فعلی روباتیک، یک هدف جسورانه است. در حال حاضر، روبات ها فقط در کارهای با تکرار زیاد در محیط های ساختاری خوب عمل می کنند. آنها هنوز هم در کارهای ساده مانند چیدن وسایل از قفسه بسیار نامطلوب تر از انسان عمل می کنند. اما هدف FoxConn از تبدیل خط تولید ساده خود قطعاً قابل دستیابی است. بسیاری از کارهایی که اکنون هزاران بار در روز توسط انسان انجام می شود می توانند به راحتی خودکار شوند - مانند استفاده از یک گودال چسب، قرار دادن نوار دو طرفه، قرار دادن یک قطعه پلاستیک، محکم کردن پیچ ها یا بارگیری محصولات روی پالت.
 
در این جا درس ساده است: برخی از مشاغل به سادگی از بین خواهند رفت، مانند شغل بافندگان صنعت نساجی که با دستگاه بافندگی جایگزین شد. اگر می خواهیم به کلی از بازی خارج نشویم، باید این اختلال را بپذیریم. تصور کنید که چگونه چین قادر است شغل های کم مزد امریکا را با کارگران خود جایگزین کند و سپس بتواند آن مشاغل را اتوماتیک کند: کارهایی که اکنون آمریکایی ها انجام می دهند در این جا یا هرجایی انجام خواهد شد - اما نه توسط انسان ها. فاکس کان در حال برنامه ریزی برای اولین کارخانه خود در ایالات متحده است: به زودی، روبات های چینی در آمریکا کار خواهند کرد.
 

دیدن فرصت، نه از دست دادن آن

خبر خوب این است که گر چه بسیاری از مشاغل از بین می روند، روبات ها مشاغل دیگری ایجاد می کنند - و نه تنها در صنعت طراحی روبات های جدید.
 
این در حال حاضر شروع به اتفاق افتادن کرده است. در سال 2014، بیش از 350،000 شرکت تولیدی با تنها یک کارمند وجود داشت که 17 درصد بیشتر از سال 2004 است. این شرکت ها با ترکیب جهانی سازی و اتوماسیون، و پذیرش برون سپاری و ابزارهای فناوری برای ساخت خوراک صنایع دستی، کالاهای صنعتگرانه و حتی محصولات مهندسی با تکنولوژی پیشرفته اقدام می کنند.
 برای کنترل تعداد زیادی از مواد، تنظیمات دستگاه و توالی فرآیند، هوش مصنوعی مورد نیاز خواهد بود. بسیاری از کارآفرینان آمریکایی از تجهیزات تولیدی مجهز به دیجیتال مانند چاپگرهای 3 بعدی، برش لیزری و آسیاب های CNC تحت کنترل رایانه، همراه با سایت های بازار برای برون سپاری مشاغل کوچک تولیدی مانند mfg.com برای راه اندازی مشاغل کوچک استفاده می کنند. من یکی از آنها هستم، که در زیرزمین محل خودم چنگ زننده های روباتیک سفارشی تولید می کنم. اتوماسیون این مالکان انفرادی را قادر می سازد بدون نیاز به هزینه های هنگفت، در دسته های کوچک خلق و نوآوری کنند.
 

بازگشت به سلطه تولید

این نوع کار آفرینی انفرادی در حال پیشرفت است. اگر روبات ها در دسترس و ارزان تر باشند، مردم جواهرات و کالاهای چرمی را در خانه تولید می کنند و حتی وسایل سفارشی مانند لباس یا کفش های کتانی را درست می کنند و مستقیماً با کالاهای تولید انبوه وارده از چین رقابت می کنند. همانند آیفون، حتی کارهای ساختاری به ظاهر پیچیده نیز می توانند به طور چشم گیری خود کار شوند. حتی لازم نیست که هوش مصنوعی را در این فرآیند بگنجانید.
 
سه روند در حال ظهور است که با خرید صنعت و حمایت دقیق دولت، می تواند به احیای بخش تولید کمک کند.
 آهنگران روباتیک اکنون در حال توسعه هستند - روبات هایی که می توانند قطعات فلزی را به جای برش، ساخت یا قالب ریزی، با چکش کاری شکل دهند.اول، روبات ها ارزان می شوند. بازوهای روباتیک صنعتی 100000 دلاریِ امروز، آن چیزی که در آینده لازم است نیست. اتوماسیون خطوط مونتاژ آیفون به بازوهای روباتیک ارزان، تسمه های نقاله ساده، وسایل چاپ سه بعدی شده، و نرم افزار برای مدیریت کل مراحل نیاز دارد. همان طور که در صنعت چاپ 3 بعدی دیدیم، جنبش سازنده در حال گام برداشتن و ایجاد روبات های ساخت ارزان قیمت است. دولت نیز در این ماجرا دخیل است: بازوی تحقیقاتی پنتاگون، یعنیDARPA ، ازOtherMill ، که یک آسیاب ارزان قیمت با کنترل رایانه ای است پشتیبانی کرده است.
 
علاوه بر این، افراد بیشتری در حال برنامه ریزی روبات ها هستند. تهیه یک روبات برای انجام کارهای تکراری در صنعت - به عنوان مثال با استفاده از رابط روبات جهانی (Universal Robot) - به سادگیِ برنامه نویسی LEGO Mindstorms است. بسیاری از مردم، با اشتباه گرفتن اتوماسیون روباتیک با سیستم های هوش مصنوعی بازی شطرنج یا Go، فکر می کنند که این بسیار دشوارتر از آن است. در واقع ساخت و برنامه ریزی روبات ها از نظر فیزیکی و فکری بسیار شبیه به انجام لوله کشی، سیم کشی برق و نگهداری اتومبیل است که بسیاری از مردم از آن لذت می برند و توانایی یاد گیری آن را دارند. "فضاهای سازنده" برای یاد گیری و تمرین این مهارت ها و استفاده از تجهیزات لازم در سراسر کشور جوانه زده است. این فضاها هستند که ممکن است مجموعه مهارت هایی را ایجاد کنند که مردم را قادر می سازد کنترل اتوماسیون را در محل کار خود به دست خود بگیرند.
 
سرانجام، تحقیقات پیشرفته در حال بهبود سخت افزار مورد نیاز برای درک و دستکاری اجزای تولید، و نرم افزار برای درک و برنامه ریزی حرکات برای جمع آوری موارد پیچیده است. فناوری روبات های صنعتی قابل ارتقاء است و روبات های جدید برای تکمیل کارگران انسانی طراحی شده اند، و به صنعت اجازه می دهند تا تغییرات تدریجی را انجام دهد، نه این که باز تجهیز همان کارخانه را تکمیل کند.
 

راهی به جلو

برای استفاده کامل از این روندها و سایر پیش رفت ها، باید ارتباطات بین محققان و مشاغل را بهبود ببخشیم. تلاش دولت، در قالب مؤسسه جدید تولید روباتیک پیشرفته وزارت دفاع، در حال حاضر در جهت رسیدن به این هدف است. این مؤسسه با تأمین اعتبار 80 میلیون دلار فدرال، اقدام به جدب اضافه 173 میلیون دلار پول نقد، پرسنل، تجهیزات و تسهیلات اضافی از بخش های دانشگاهی و خصوصی، با هدف ایجاد نیم میلیون شغل تولیدی در 10 سال آینده، کرده است.
 این فرآیند که به عنوان تولید خود گردان ترکیبی شناخته می شود، شامل سیستم های خودکاری است که به طور یکپارچه از ابزارها و تکنیک های مختلفی برای ساخت اجزای با کیفیت بالا در هر مکان و زمانی که مورد نیاز است استفاده می کنند.این اعداد ممکن است زیاد به نظر برسند، اما چین بسیار جلوتر است: فقط دو استان گوانگدونگ و ژجیانگ قصد دارند طی 5 سال آینده 270 میلیارد دلار برای تجهیز کارخانه ها به روبات های صنعتی هزینه کنند.
 
مخاطرات زیاد است: اگر دولت جهانی سازی و اتوماسیون را نادیده بگیرد یا از آن اجتناب کند، در واقع نوآوری را خفه کرده است. مردم می توانند بفهمند که چگونه می توانند جامعه را تقویت کنند در حالی که روباتیک را در نیروی کار ادغام می کنند، یا در غیر این صورت ما می توانیم کار را به چین بسپاریم. در صورت بروز چنین شرایطی، شرکت های چینی می توانند عملیات تولیدی و لجستیکی بسیار کارآمد خود را به ایالات متحده صادر کنند و نیروی کار تولیدی آمریکا را برای همیشه از کار دور کنند.
 
منبع: گلن اس. داهن، The Ohio State University، نیکولاس کورل، University of Colorado Boulder