공장에서 기계가 고장 나면 기계가 종료될 수 있다. 생산 손실은 하루에 수백만 달러의 비용이들 수 있다. 부품 고장은 공장, 발전소 및 전장 장비를 황폐화시킬 수 있다.

다시 작동하기 위해 숙련된 기술자는 키트의 모든 도구(가공, 굽힘, 용접 및 표면 처리)를 사용하여 가능한 한 빠르고 정확하게 올바른 부품을 만든다. 하지만 올바른 기술을 가진 기술자가 줄어들고 있고, 손으로 만든 물건의 품질은 부품을 만드는 날의 장인의 기술과 분위기에 따라 달라진다.

두 가지 문제는 곧 인공지능 로봇기술자에 의해 해결될 수 있다. 이러한 시스템은 측정을 수행할 수 있다. 다양한 도구를 사용하여 부품 모양, 절단 또는 용접; 부품을 특수 장비로 전달한다. 사람의 개입없이 필요한 재료를 구매할 수도 있다. 하이브리드 자율 제조로 알려진 이 프로세스에는 여러 도구와 기술을 원활하게 사용하여 필요할 때 언제 어디서나 고품질 구성 요소를 구축하는 자동화 시스템이 포함된다.

나는 금속 공학 교수이다. 동료들과 나는 강도 및 내 파괴성과 같은 속성을 생성하기 위해 올바른 내부 구조로 재료와 구성 요소를 만드는 레시피를 설계한다. 오하이오 주립대와 다른 대학의 동료 네트워크를 통해 나는 이러한 자율적인 장인을 낳을 계획을 개발하고 있다.

어떻게 만들어 지는가

구성 요소는 대량 생산되거나 주문 제작된다.

사람들이 매일 만지는 대부분의 것은 대량 생산되었다. 많은 수의 부품을 테스트 및 모니터링하고 매번 동일한 방식으로 프로세스를 수행할 수 있도록 잘 연마된 프로세스를 사용하여 품질을 보장한다.

주문형 제작(주문형 구성품 제작)은 종종 환자의 특정 해부학적 구조를 따르거나 단조 되어 더 이상 제작되지 않는 항공기 랜딩 기어를 교체하기 위해 필수적이다. 금속 부품 제조 프로세스(재료 제거, 증착, 변형, 변형, 검사)는 대량 생산에 사용되는 일반적으로 큰 도구와 다 이를 사용하는 대량 프로세스가 아닌 증분 작업을 통해 작은 도구로 모두 수행할 수 있다.

자동화는 오랫동안 대량 생산의 일부였으며, 여기에는 자동차 조립 라인에서 부품을 처리하고 용접하는 정교한 로봇이 포함된다. 3D프린팅이라고도 하는 적층 제조는 구성 요소를 만들기 위해 다양한 재료와 함께 점점 더 많이 사용되고 있다.

현재 개발중인 로봇 대장장이이는 금속 부품을 절단, 조립 또는 성형하는 대신 망치 모양으로 만들 수 있는 로봇이다.

로봇은 수십 년 동안 자동차를 만들어 왔지만 일반적으로 의사 결정이 필요 없는 단순하고 반복적인 작업을 수행한다. Lenny Kuhne / Unsplash

모순이 아닌 자동화된 사용자 정의

사용자 정의 제작을 자동화하기 위해 동료와 저는 사람의 개입없이 여러 프로세스를 사용하여 광범위한 구성 요소를 만드는 모든 단계를 수행할 수 있는 자동화된 도구 제품군을 개발하고 있다. 센서는 또한 프로세스를 제어하고 품질을 유지 및 보장하는 하이브리드 자율 제조의 중심이 될 것이다.

이러한 자율 제조 시스템은 적절한 강도, 크기 및 표면 마감의 구성 요소를 만드는 데 필요한 수많은 결정을 내릴 것이다. 엄청난 수의 재료, 기계 설정 및 공정 순서를 처리하려면 인공지능이 필요하다. 이러한 자율 제조 시스템은 대량 생산 레시피를 찾고 결코 벗어나지 않는 대신, 부품을 생성하기 위해 가능한 매우 많은 레시피 세트에서 선택하고, 선택한 경로가 적절한 재료 속성을 가진 구성 요소를 생산하도록 지능을 갖게 된다.

로봇은 제조된 부품에 작은 도구를 배치하거나 한 장비에서 다른 장비로 부품을 옮길 수 있다. 완전 자율시스템은 다양한 도구 세트로 다양한 제품을 제조할 수 있다. 이 시스템은 재료를 소싱하고 인간 장인처럼 특수 절단 및 변형 도구로 작업을 보낼 수도 있다.

이러한 시스템의 생산 속도는 대량 생산에 필적하지 않지만 로봇은 지속적으로 작업할 수 있기 때문에 인간 기술자보다 더 생산적일 수 있다. 센서의 데이터는 임계 온도, 기계 설정 및 이미지까지 모든 단계와 프로세스의 디지털 기록을 제공한다. 예를 들어 이 기록은 재료가 적절한 양으로 변형되고 공정 중에 균열이 생성되지 않고 은폐되지 않았는지 확인함으로써 품질을 보장​​할 수 있다.

수술실 또는 그 근처에서 제조하는 것은 하이브리드 자율 제조로 구현할 수 있는 프로세스의 한 예이다. 종종 골절이 있는 환자가 외상 수술을 받을 때, 치유를 위해 뼈를 함께 고정하기 위해 다양한 모양의 금속판이 필요하다. 이들은 종종 수술실에서 만들어지며, 외과의가 환자에 맞게 플레이트를 구 부리며, 때로는 환자의 의료 이미지로 만든 3D프린팅 모델을 금속을 구부리는 형태로 사용한다.

손으로 구부리는 것은 느리고 부정확하며 잘못된 위치에서 플레이트에 응력을 가하면 파손될 수 있다. 로봇 기술자는 수술 전에 판을 자르고 구부리고 마무리할 수 있다. 환자는 병원에서 보내는 시간을 줄이면 더 잘하고 돈을 절약할 수 있다.

외과의는 때때로 나쁜 골절을 다룰 때 금속 세공인으로 두 배가 되어야한다. Getty Images를 통한 PEDRE E +

로봇 장인으로 가는 길

3개의 벤처 펀딩 스타트 업을 포함하여 수많은 기업이 자율 제조의 발전을 보여주고 있다. FormLogic은 자동화된 고품질 기계 공장을 개발하고 있다. Path Robotics는 용접공의 기술을 로봇에 적용한다. Machina Labs는 로봇 대장장이를 만들려고 한다. 다른 회사들은 설계와 물류를 자동화하는 시스템을 개발하고 있다.

하이브리드화(여러 도구를 사용하여 다양한 방식으로 다양한 작업을 수행할 수 있는 기능)는 다음 단계이다. 하이브리드 자율 제조의 핵심 부분이 현재 존재하며 완전 자율시스템은 10년 내에 일반화될 수 있다. 맞춤 제작에 이 접근 방식을 채택하는 기업은 이러한 기술을 결합할 수 있는 기술을 갖춘 새로운 세대의 학생들을 끌어야 한다.

미국 혁신 및 경쟁법에 제안된 투자는 2021년 6월 8일 상원에서 통과되었으며 바이든 행정부가 제안한 미국 일자리 계획의 투자는 이러한 종류의 첨단 제조 기술 개발을 지원할 수 있다. 고급 제조 기술 및 관련 기술 기반 개발을 위한 자금은 미국 제조업의 경쟁력을 높일 수 있다.

글쓴이: Glenn S. Daehn 오하이오 주립대 학교 재료 공학과 교수