AI時代的工廠會是什么樣子？

一家位于洛杉磯的金屬加工公司Machina labs（以下簡稱Machina）正結(jié)合AI將機(jī)器人變?yōu)椤肮そ场保鼇硎艿蕉嗉屹Y本關(guān)注。

2023年10月，Machina獲得由Innovation Endeavors、NVentures領(lǐng)投的B輪3200萬美元融資。據(jù)Crunchbase，該公司至今共融資5輪，總額4830萬美元，此前主要投資者包括Embark Ventures，Congruent Ventures、Innovation Endeavors、Lockheed Martin Ventures、Yamaha Motor Ventures、百度風(fēng)投等。

2019年，Machinalabs由Babak Raeisinia和Edward Mehr成立。Edward此前是SpaceX的早期軟件工程師，他有3D制造發(fā)明專利，并讓3D打印在航空航天發(fā)揮作用。

在Machina，制造業(yè)不再是勞動密集型工作，員工的靈活性和準(zhǔn)確性由自動化和機(jī)器人技術(shù)代替，能將傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)月的工時縮減至數(shù)天內(nèi)。

Machina機(jī)器人干活的方式就像鐵匠使用錘子一樣，創(chuàng)造性地制造不同的設(shè)計(jì)和材料，重新定義制造業(yè)的生產(chǎn)效率和靈活性。例如，近期，Machina設(shè)計(jì)出了一類新穎的汽車引擎蓋，可以讓個性化汽車成為可能。

交貨時間縮短到幾天

Machina結(jié)合機(jī)器人技術(shù)和人工智能來加速制造業(yè)的生產(chǎn)。其主要業(yè)務(wù)是將各類金屬板材變成大型零件，成本低且快，材料囊括千種，可以在常溫下快速制造高超聲速應(yīng)用材料鈦合金。據(jù)悉，這家公司有6萬平方英尺（5000㎡）的工廠，員工不到50人，不同于傳統(tǒng)工廠的勞工密集。Edward認(rèn)為，Machina正在解決制造業(yè)三大行業(yè)痛點(diǎn)：交貨周期長、傳統(tǒng)材料限制及高昂成本。

據(jù)官網(wǎng)，Machina的制造平臺叫Robotic Craftsman，集成了七軸機(jī)器人、自主板材加載和固定裝置，以及先進(jìn)的人工智能過程模型和閉環(huán)控制。機(jī)器人能快速切換工具和傳感器，在各類材料上執(zhí)行RoboForming?、掃描和修剪等技術(shù)。

從公司簡介可以看出Machina從機(jī)械臂、AI、數(shù)字化技術(shù)等方面賦予現(xiàn)有制造業(yè)靈活性。

據(jù)Siliconangle，傳統(tǒng)制造商在自動化生產(chǎn)線中使用六軸機(jī)械臂，沿直線運(yùn)動并移動、旋轉(zhuǎn)“手”。而Machina的2個七軸機(jī)器人除了具有相同的運(yùn)動范圍，還能使用軌道設(shè)備從生產(chǎn)線的一端精準(zhǔn)移動到另一端。

據(jù)悉，其機(jī)械臂已采用多家智能機(jī)器人產(chǎn)品，包括KUKA、FanX、FANUC。美國工程師Destin開設(shè)Smarter Every Day專欄造訪Machina。據(jù)其工廠實(shí)錄，Machina運(yùn)作時，兩個機(jī)械臂在板材前后方依據(jù)計(jì)算機(jī)指令控制精確著力點(diǎn)，一個機(jī)械臂支撐金屬板背面，另一個機(jī)械臂施加壓力并扭轉(zhuǎn)、移動、旋轉(zhuǎn)將金屬形成所需的形狀。

Edward打了個比方：“面對一塊需要數(shù)千牛頓產(chǎn)生變形的片材，機(jī)械臂就像陶工捏住黏土慢慢使其變形，當(dāng)機(jī)械臂手指的角度、著力改變時，板材變形程度也會改變，他們可以做擠壓、拉伸等塑造成各類形狀。”

讓兩個機(jī)器人在2毫米的板材間把握準(zhǔn)確力度是一個技術(shù)活。因此，Machina使用實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)和人工智能來精確控制零件增量成型和修整。據(jù)介紹，Machina給每臺機(jī)器配備激光掃描儀，用于搜集、存儲其制造的金屬零件數(shù)據(jù)，人工智能算法利用這些數(shù)據(jù)將零件與CAD模型比較，如存在不一致之處，人工智能會對生產(chǎn)工作流程做出調(diào)整以提高制造精度。

Machina的系統(tǒng)自動加載、成型、掃描、切割、精加工和卸載最終產(chǎn)品，由于板材成型具有重復(fù)性，因此Machina能讓人工智能和機(jī)器人極大地加快和簡化板材加工過程。

此外，該公司也有打造材料的“獨(dú)門手藝”。

Machina稱其獨(dú)有的RoboForming?能迅速將金屬板材加工成大型、復(fù)雜的部件。其系統(tǒng)可以安裝至場景的現(xiàn)有環(huán)境中，無需對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大更改，而且能配合任何工業(yè)機(jī)器人使用，能將交貨時間從幾個月縮短到幾天。

據(jù)稱，使用其技術(shù)驅(qū)動的生產(chǎn)線可以制造長達(dá)12英尺、深達(dá)4英尺的金屬部件，精度可達(dá)亞毫米級。Edward展示了一塊2毫米造型特殊的板材：“（傳統(tǒng)工藝）用模具制作這塊凸起時，這個部分可能會卡在模具的垂懸角度上，而機(jī)器人可以進(jìn)入零件并在懸垂部分實(shí)際成型。”

它作為一種本地、獨(dú)立的成型技術(shù)用于支持任何制造現(xiàn)場和生產(chǎn)設(shè)施（其中包括航空母艦的設(shè)施），支持標(biāo)準(zhǔn)金屬板材庫存，可選用上千種材料，不限于鋁、鋼、鈦、因瓦、鎳鉻合金和耐火合金等，制成各類尺寸和厚度的部件。其中，包括超合金，這種材料耐極端高溫和壓力，被用于航空航天。

Edward表示，Machina的第一個小目標(biāo)是做開發(fā)和低速率初期生產(chǎn)。對于部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜幾何零件，企業(yè)需要準(zhǔn)備多個模具并為此花費(fèi)數(shù)十萬美元，“雖然比起傳統(tǒng)的沖擊方式，Machina速率慢一些，但我們可以很快做出你想要的零件。”

2023年9月11日-14日，Machina的商用便攜式可部署機(jī)器人系統(tǒng)（ Machina Deployable System）在FABTECH（北美國際金屬加工展覽會）首次公開亮相并全面上市。

“我們的機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)際上是往擁有它的企業(yè)‘后院’里放了一個21世紀(jì)的鐵匠工坊”。

據(jù)悉，Machina便攜式機(jī)器人系統(tǒng)可數(shù)字化制造，切割定制復(fù)合材料及金屬部件。它結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)和人工智能，加上便攜性，旨在讓各行業(yè)的廠商在不影響設(shè)備運(yùn)行的情況下提升生產(chǎn)力。

當(dāng)前，他們的合作方包括軍工巨頭洛克希德馬丁、NASA、美國空軍、雅馬哈等。據(jù)Machina銷售副總Alex透露，洛克希德可以從與其合作的高性能金屬中受益。Innovation Endeavors的Sam Smith-Eppsteiner表示：“未來十年，我們預(yù)計(jì)Machina將在美國再工業(yè)化、國防科技、電氣化和商業(yè)太空許多關(guān)鍵工業(yè)趨勢中發(fā)揮重要作用。”

打造下一代工廠

大型公司按數(shù)據(jù)構(gòu)建復(fù)雜的定制系統(tǒng)，砸錢沖擊工廠、制作模具以完成開發(fā)。與此不同的是，Machina運(yùn)用更具成本效益的軟件系統(tǒng)和機(jī)器人，其創(chuàng)始人Edward便有深厚的軟件工程背景。他曾是SpaceX的軟件工程師，后來在3D打印公司Relativity工作了2年。

Edward畢業(yè)于美國南加州大學(xué)。他從高中時期開始接觸機(jī)械制造，研究計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)工程、制造和設(shè)計(jì)已近20年，機(jī)器學(xué)習(xí)知識豐富，有序列模型、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等7項(xiàng)資格認(rèn)證，軟件開發(fā)、算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等50項(xiàng)技能，以及智能機(jī)器人零件成型、增材制造、地理位置安全3項(xiàng)專利。

早期，他驚訝于鈑金制造者Bobby Walden僅憑手就能讓片材塑成復(fù)雜形狀，并能手動改造修復(fù)20世紀(jì)30年代的福特汽車。這也讓Edward迷戀上手工制造，他能對板材細(xì)節(jié)改進(jìn)，做專有零件。

從2004年開始上大學(xué)到2012年畢業(yè)，Edward花了8年的時間才讀完大學(xué)本科，期間他休學(xué)前往谷歌、微軟等公司實(shí)習(xí)。

畢業(yè)后，Edward幾乎是同一時期收到Space X和Google的工作邀請，后者薪資是前者的兩倍，他依然選擇以軟件工程師的身份前往Space X，因?yàn)樵谶@能從事軟件和制造相結(jié)合的工作，設(shè)計(jì)與制造流程密切相關(guān)。如他所愿，工作期間他參與了公司垂直升降機(jī)、摩擦攪拌焊接機(jī)的硬件制造項(xiàng)目。

Edward在設(shè)計(jì)Falcon 9（獵鷹9號）時，為了適應(yīng)特定的幾何形狀和材料需要使用昂貴的模具打造油箱。此時他注意到3D打印作為一種靈活的制造技術(shù)無需模具就能構(gòu)建各類形狀。

“3D打印看起來就像是‘靈丹妙藥’。”Edward非常興奮，這時他遇到了不列顛哥倫比亞大學(xué)材料工程博士Babak。

2016年，他們都認(rèn)為3D打印在航空航天將取得成功。因此，Edward去3D打印公司Relativity繼續(xù)研究。然而，航空航天公司通常規(guī)避風(fēng)險，讓其接受和適應(yīng)新興材料并非易事。Edward發(fā)現(xiàn)：“3D打印的作用范圍被證明非常有限，但對一些特定類型的零件如火箭發(fā)動機(jī)中的薄壁儲罐，就非常合適。”

在Relativity，有汽車工業(yè)和航空航天制造背景的Babak幫Edward開發(fā)用于3D打印的合金，并致力于解決同一個問題：3D打印的潛力無限，但很難對其質(zhì)量做合格認(rèn)證，如何將3D打印的敏捷性帶到其他工藝中去。

“真正的好奇心和創(chuàng)新來自將先前看似無關(guān)的事物相結(jié)合的過程中，連接材料學(xué)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、機(jī)器人等不同領(lǐng)域的知識，就有更大的機(jī)會找到真正解決問題的方法。”

研究過程中，兩人開始與學(xué)界研究者合作，關(guān)注到“基礎(chǔ)成型”這一解決方案，即逐步變形薄板金屬形成所需形狀。

“增材制造有160億美元的市場，而薄板金屬市場規(guī)模約2500億美元。”Edward計(jì)劃涉足薄板金屬領(lǐng)域，結(jié)合基礎(chǔ)成型和增材制造，以建立更靈活的制造平臺，“薄板金屬是一個規(guī)模更大的行業(yè)，我們在其中能產(chǎn)生更大的影響力。實(shí)際上，我們最終目標(biāo)是構(gòu)建一個平臺，能同時利用增材技術(shù)，并開發(fā)其他靈活的工藝。”

2019年，Edward聯(lián)合Babak創(chuàng)立Machina進(jìn)行下一步研究。

2022年底，Machina吸引了3D打印公司Carbon前高管Alex Huckstepp擔(dān)任銷售副總，以及Relativity創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)成員Alexander Kwan作為運(yùn)營副總裁，兩人是航空、國防等領(lǐng)域，3D打印、先進(jìn)制造等技術(shù)的專家，讓Machina為制造業(yè)引入靈活性和敏捷性的目標(biāo)更進(jìn)一步。

去年3月，Machina啟用第一個工藝鈑金成型，這意味著其具備了生產(chǎn)用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星的鈑金零件能力。同月，美國空軍（USAF）向Machina投入160萬美元，推進(jìn)其金屬模具制造機(jī)器人技術(shù)開發(fā)。此前，Machina和空軍研究實(shí)驗(yàn)室的合同表明其工具具有真空完整性，熱穩(wěn)定后尺寸穩(wěn)定，比傳統(tǒng)金屬工具熱響應(yīng)能力更強(qiáng)。

由此，Edward真正做到了將新興技術(shù)送入航空航天領(lǐng)域。

他舉例形容理想中的制造業(yè)未來：“現(xiàn)在你需要到一個汽車工廠裝配一臺汽車，而下一代工廠支持人們在網(wǎng)頁上、應(yīng)用程序上構(gòu)建一輛汽車，使用智能技術(shù)存儲、擴(kuò)展內(nèi)部零件，然后生產(chǎn)。”如果消費(fèi)者需要，他們可以用相同的流程再造成千上萬個。

毫米精度成型制造

據(jù)悉，早在10年前，已有學(xué)者發(fā)布“單點(diǎn)逐步成形技術(shù)用于精確制造復(fù)雜的三維鈑金零件的工具路徑生成框架”的論文，研究討論了證明此框架適用性的大量案例，并證明了最小化部件和最大程度降低整體偏差的可能性。Machina也不是首先研究增量成型的公司，福特、波音、日產(chǎn)等公司都相繼做過該領(lǐng)域研發(fā)。

然而，學(xué)界研究和業(yè)界的投入沒有具體的商業(yè)化成果。

Edward總結(jié)了福特、波音錯過商業(yè)化的因素，即沒有降低系統(tǒng)成本，沒能確保制造出高精度零件。“我們要彌補(bǔ)他們的缺失，也就是在毫米精度的零件里成型制造。”

Edward在The Next Byte透露Machina的“秘密武器”——一種在薄板成型過程中實(shí)現(xiàn)正負(fù)1毫米精度的方法，他們采用一種非直觀的錘擊，通過觀察金屬板在成型過程中的回彈性制，找到金屬零件以正確形狀回彈的方式。為實(shí)現(xiàn)這目標(biāo)，Edward開發(fā)系統(tǒng)讓人工智能結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)在每個步驟中收集數(shù)據(jù)、構(gòu)建模型，并能預(yù)測采用不同路徑的最終零件形狀，實(shí)現(xiàn)高精度制造。

這意味著更高質(zhì)量的行業(yè)需求。Edward解釋，傳統(tǒng)制造業(yè)使用模具制作零件，零件越大精度越低，“目前最好的精度體現(xiàn)在汽車外殼較小零件上，他們試圖達(dá)到正負(fù)半毫米，而Machina的精度就是系統(tǒng)可測量的程度，當(dāng)前機(jī)器掃描限制在正負(fù)1毫米的精度范圍。”據(jù)稱，Machina的理論精度低于半毫米，一旦機(jī)器可以突破測量限制，則能達(dá)到更高精度。

2月，Edward在領(lǐng)英曬出動態(tài)，Machina打造出一款汽車引擎蓋，“汽車是自由和個人表達(dá)的象征，它一直受到傳統(tǒng)制造業(yè)的束縛，但是，如果技術(shù)可以改變這一點(diǎn)呢？”

他已經(jīng)迫不及待想看到兼具效率、速度和精度的美國制造業(yè)未來。

來源：創(chuàng)業(yè)邦 作者：臨風(fēng)