三菱電機(jī)株式會社（以下簡稱三菱電機(jī)）和國立研究開發(fā)法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（以下簡稱產(chǎn)綜研）開發(fā)了能夠預(yù)測制造現(xiàn)場的環(huán)境變化和加工對象物的狀態(tài)變化，實(shí)時調(diào)整運(yùn)行中的FA設(shè)備的加工速度等參數(shù)的AI控制技術(shù)。該技術(shù)使得FA設(shè)備的調(diào)整不再需要人手和耗費(fèi)時間，同時將AI預(yù)測的加工誤差量等結(jié)果的可靠性形成指標(biāo)，根據(jù)可靠性合理控制FA設(shè)備。這樣，即使在各種加工環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)高可靠性的穩(wěn)定動作，即使在品種多、數(shù)量不固定的生產(chǎn)制造工序中也能為提高生產(chǎn)效率做出貢獻(xiàn)。

　　實(shí)時調(diào)整的AI控制技術(shù)概念圖

　　開發(fā)背景

　　近年來，隨著用戶需求的多樣化，要求制造行業(yè)能夠適應(yīng)品種多、數(shù)量不固定的生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品常常頻繁變化。為了應(yīng)對這種情況，在生產(chǎn)各種產(chǎn)品時，通過進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整以使FA設(shè)備的動作速度和工具的轉(zhuǎn)數(shù)等達(dá)到最佳條件。但是，這樣存在需要人手和耗時等生產(chǎn)效率低下的問題。此外，隨著低出生率和老齡化問題，還面臨著能夠?qū)A設(shè)備調(diào)整到最佳條件的熟練工人短缺的問題。

　　針對這些問題，三菱電機(jī)和產(chǎn)綜研開發(fā)了AI控制技術(shù)，這是三菱電機(jī)AI技術(shù)“Maisart®※”之一，該技術(shù)由AI預(yù)測加工過程中形狀變化等制造現(xiàn)場的環(huán)境變化及狀態(tài)變化，可實(shí)時對運(yùn)行中的FA設(shè)備的加工速度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。省去了以往由操作員耗時進(jìn)行的FA設(shè)備調(diào)整，將AI預(yù)測的加工誤差量等結(jié)果的可靠性形成指標(biāo)，并根據(jù)可靠性對FA設(shè)備進(jìn)行合理控制，從而確保了高可靠性，為生產(chǎn)效率的提高做出貢獻(xiàn)。

　　三菱電機(jī)和產(chǎn)綜研自2017年起開始在AI開發(fā)方面進(jìn)行合作，這次的開發(fā)成果使得產(chǎn)綜研擁有的AI技術(shù)應(yīng)用于三菱電機(jī)的FA設(shè)備成為可能。今后，隨著AI控制技術(shù)在三菱電機(jī)FA設(shè)備和系統(tǒng)中實(shí)裝工作的推進(jìn)，將為提高工廠的生產(chǎn)效率做出巨大貢獻(xiàn)。

　　※　Mitsubishi Electric’s AI creates the State-of-the-ART in technology的縮寫，旨在使所有設(shè)備更加聰明的三菱電機(jī)的AI技術(shù)商標(biāo)。

　　開發(fā)的特點(diǎn)

　　1．高速推算：開發(fā)能夠與FA設(shè)備控制同時進(jìn)行的高速推算AI控制技術(shù)

• 為實(shí)現(xiàn)FA設(shè)備要求的實(shí)時控制，開發(fā)可高速推算的使用AI的技術(shù)
• 通過獲取代表FA設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)（狀態(tài)量），AI自動推算動作參數(shù)及修正量，從而提高加工精度和生產(chǎn)效率。

　　在品種多、數(shù)量不固定的生產(chǎn)制造現(xiàn)場，在使用CNC切削機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等FA設(shè)備的制造工序中，每個加工及夾持對象的FA設(shè)備的運(yùn)行、動作速度及加速度等都各不相同。受此影響，實(shí)際FA設(shè)備的最佳運(yùn)行參數(shù)每時每刻都在變化。在傳統(tǒng)的制造工序，是由熟練工人調(diào)整速度等動作參數(shù)以滿足精度要求等產(chǎn)品規(guī)格，這就需要人手和時間，存在生產(chǎn)效率低下的問題。

　　此次，產(chǎn)綜研開發(fā)了一種在能夠與FA設(shè)備控制同時進(jìn)行高速推算的AI技術(shù)，以滿足FA設(shè)備所需的實(shí)時性。三菱電機(jī)作為一家FA設(shè)備制造商，利用迄今為止積累的知識，針對FA設(shè)備進(jìn)行了AI推算精度及處理負(fù)載的調(diào)整。此外，三菱電機(jī)通過使處理負(fù)荷輕量化，開發(fā)了可以在維持動作參數(shù)推算精度的同時，與FA設(shè)備控制一同進(jìn)行推算的輕量的AI控制技術(shù)。

　　2．環(huán)境適應(yīng)：學(xué)習(xí)動作中的狀態(tài)量，適應(yīng)總在變化的加工環(huán)境

• 使AI在FA設(shè)備的動作過程中學(xué)習(xí)加工形狀等加工環(huán)境和品種多、數(shù)量不固定生產(chǎn)中的產(chǎn)品形狀的變化，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)制造現(xiàn)場環(huán)境變化和狀態(tài)變化的高精度FA設(shè)備控制
• 將FA設(shè)備中的摩擦等物理現(xiàn)象形成公式并嵌入AI，減少學(xué)習(xí)用到的狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)快速學(xué)習(xí)

　　隨著加工的進(jìn)行，F(xiàn)A設(shè)備加工對象的形狀發(fā)生變化，因此加工形狀等加工環(huán)境隨之發(fā)生變化，在一定的動作參數(shù)下加工存在時間變長，加工質(zhì)量變差的情況。此外，這種加工環(huán)境的變化根據(jù)加工對象的不同而發(fā)生變化，而且在品種多、數(shù)量不固定的生產(chǎn)前預(yù)先學(xué)習(xí)比較困難。

　　此次，產(chǎn)綜研開發(fā)了一種AI技術(shù)，能夠讓AI當(dāng)場學(xué)習(xí)在FA設(shè)備動作中獲取的狀態(tài)量，即使加工環(huán)境發(fā)生變化，也可以當(dāng)場調(diào)整。此外，三菱電機(jī)通過將FA設(shè)備中的摩擦等物理現(xiàn)象形成公式，將公式嵌入AI，可在FA設(shè)備運(yùn)行過程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而適應(yīng)總在變化的加工環(huán)境。

　　3．高可靠性：將推算結(jié)果的可靠性形成指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高可靠性的AI控制技術(shù)

• 構(gòu)建將AI推算結(jié)果的可靠性數(shù)值化的算法
• 為確保實(shí)時控制所需的高可靠性，根據(jù)推算結(jié)果的可靠性合理控制FA設(shè)備，即使在各種各樣的加工環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)高可靠性的穩(wěn)定動作

　　用戶對FA設(shè)備的要求是穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和制造所需時間的減少，要進(jìn)行實(shí)時的AI控制，AI推算結(jié)果的可靠性必須要高。

　　此次，產(chǎn)綜研結(jié)合推算對象裝置的機(jī)械特性，通過學(xué)習(xí)各個產(chǎn)品機(jī)械特性的偏差，構(gòu)建了能夠計(jì)算推算結(jié)果可靠性的算法。此外，三菱電機(jī)將該算法嵌入AI控制技術(shù)，根據(jù)推算結(jié)果的可靠性合理控制FA設(shè)備，從而開發(fā)出能夠確保高可靠性的AI控制技術(shù)。

　　AI控制技術(shù)的的應(yīng)用示例

　　1．高速推算

　　作為可高速推算的AI控制技術(shù)的應(yīng)用示例，三菱電機(jī)和產(chǎn)綜研開發(fā)了推算機(jī)器臂指尖負(fù)載的技術(shù)。

　　要計(jì)算機(jī)器人工作時合理的加減速，就要有機(jī)器人指尖負(fù)載信息，如果不知道這個信息，則難以保證機(jī)器人高速且安全地工作。

　　對此，本開發(fā)技術(shù)根據(jù)馬達(dá)電流等信息，通過AI高速推算指尖負(fù)載，并算出推算結(jié)果的可靠性，再根據(jù)可靠性調(diào)整加減速（圖1-1）。在驗(yàn)證動作的例子（圖1-2）中，比較了使用推算的指尖負(fù)載和不使用的機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸角速度從開始移動到停止的時間，使用了推算的指尖負(fù)載的機(jī)器人的動作時間縮短了20%。此外，使用推算的可靠性，僅在可靠性較高時進(jìn)行調(diào)整，確保了動作的穩(wěn)定性。

圖1-1　使用了AI推算負(fù)載和可靠性的高速動作

圖1-2　使用了負(fù)載推算的高速化示例

　　2．環(huán)境適應(yīng)

　　作為適應(yīng)環(huán)境的AI控制技術(shù)的應(yīng)用示例，三菱電機(jī)和和產(chǎn)綜研開發(fā)了AI調(diào)整功能，用于自動調(diào)整放電加工機(jī)之一的電火花放電加工機(jī)的加工條件。電火花放電加工機(jī)通過加工形狀的電極靠近加工對象物并使之放電，從而將電極形狀轉(zhuǎn)移到加工對象物上，但由于加工過程中電極和加工對象物之間會產(chǎn)生加工屑，因此需要排出加工屑的電極動作（圖2-1）。隨著加工的進(jìn)行，加工屑會增加，這就需要根據(jù)加工屑的排出狀態(tài)調(diào)整加工屑排出動作的頻率。

　　AI調(diào)整功能是在加工過程中由AI學(xué)習(xí)加工屑的排出狀態(tài)，自動調(diào)整加工屑排出動作的頻率。根據(jù)三菱電機(jī)電火花放電加工機(jī)的加工評估，與未應(yīng)用AI調(diào)整功能的情況相比，使用了AI調(diào)整功能的加工時間最多縮短了23%（圖2-2）。

　　(a)加工過程中(產(chǎn)生加工屑) (b)排出加工屑的動作

圖2-1　電火花放電加工機(jī)的加工狀態(tài)

圖2-2　加工時間的比較

　　3．高可靠性

　　作為保證了高可靠性的AI控制技術(shù)的應(yīng)用示例，三菱電機(jī)和產(chǎn)綜研開發(fā)了CNC切削機(jī)床的AI誤差修正功能（圖3-1）。該功能由AI推算加工誤差量，該加工誤差量表示加工時隨加工位置的變化下達(dá)給切削機(jī)床的指令值和當(dāng)前位置間的差值，這樣，即使機(jī)械可動部的特性發(fā)生了動態(tài)變化也能進(jìn)行合理的修正。此外，還可以將AI推算的加工誤差量的可靠性形成指標(biāo)，僅使用可靠的誤差修正量的推算結(jié)果進(jìn)行誤差修正。根據(jù)三菱電機(jī)CNC切削機(jī)床的加工評估，與未應(yīng)用AI誤差修正功能的情況相比，加工精度提高了51%，同時還實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定加工（圖3-2）。此外、可靠性較低時可以通過二次學(xué)習(xí)提高加工精度。

 

圖3-1　CNC切削機(jī)床的AI誤差修正功能

　　(a) 加工形狀 (b) 加工精度的色圖

圖3-2　CNC切削機(jī)床的評估結(jié)果