中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)專家咨詢工作委員會(huì)指定宣傳媒體
新聞詳情
gkongbbs

三菱電機(jī)|開發(fā)AI控制技術(shù),對(duì)運(yùn)行中的FA設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整

http://m.casecurityhq.com 2022-03-22 14:19 來源:三菱電機(jī)

  三菱電機(jī)株式會(huì)社(以下簡(jiǎn)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(jiǎn)稱產(chǎn)綜研)開發(fā)了能夠預(yù)測(cè)制造現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境變化和加工對(duì)象物的狀態(tài)變化,實(shí)時(shí)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(shí)間,同時(shí)將AI預(yù)測(cè)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(dòng)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(shí)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(duì)這種情況,在生產(chǎn)各種產(chǎn)品時(shí),通過進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整以使FA設(shè)備的動(dòng)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(shí)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(duì)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(cè)加工過程中形狀變化等制造現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境變化及狀態(tài)變化,可實(shí)時(shí)對(duì)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(shí)進(jìn)行的FA設(shè)備調(diào)整,將AI預(yù)測(cè)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(duì)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(shí)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(shí)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(dòng)推算動(dòng)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(chǎng),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(gè)加工及夾持對(duì)象的FA設(shè)備的運(yùn)行、動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí),針對(duì)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(dòng)作參數(shù)推算精度的同時(shí),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(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(duì)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(dòng)作參數(shù)下加工存在時(shí)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(duì)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(chǎng)學(xué)習(xí)在FA設(shè)備動(dòng)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(chǎng)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(shí)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(dòng)作

  用戶對(duì)FA設(shè)備的要求是穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和制造所需時(shí)間的減少,要進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)象裝置的機(jī)械特性,通過學(xué)習(xí)各個(gè)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(shí)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(gè)信息,則難以保證機(jī)器人高速且安全地工作。

  對(duì)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(dòng)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(dòng)到停止的時(shí)間,使用了推算的指尖負(fù)載的機(jī)器人的動(dòng)作時(shí)間縮短了20%。此外,使用推算的可靠性,僅在可靠性較高時(shí)進(jìn)行調(diào)整,確保了動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)象物并使之放電,從而將電極形狀轉(zhuǎn)移到加工對(duì)象物上,但由于加工過程中電極和加工對(duì)象物之間會(huì)產(chǎn)生加工屑,因此需要排出加工屑的電極動(dòng)作(圖2-1)。隨著加工的進(jìn)行,加工屑會(huì)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(dòng)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(dòng)調(diào)整加工屑排出動(dòng)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(píng)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)部的特性發(fā)生了動(dòng)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(píng)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(shí)還實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定加工(圖3-2)。此外、可靠性較低時(shí)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(píng)估結(jié)果

版權(quán)所有 中華工控網(wǎng) Copyright?2024 Gkong.com, All Rights Reserved