三菱電機株式會社（以下簡稱三菱電機）和國立研究開發法人產業技術綜合研究所（以下簡稱產綜研）開發了能夠預測製造現場的環境變化和加工對象物的狀態變化，實時調整運行中的FA設備的加工速度等參數的AI控製技術。該技術使得FA設備的調整不再需要人手和耗費時間，同時將AI預測的加工誤差量等結果的可靠性形成指標，根據可靠性合理控製FA設備。這樣，即使在各種加工環境下也能實現高可靠性的穩定動作，即使在品種多
、數量不固定的生產製造工序中也能為提高生產效率做出貢獻。

　　實時調整的AI控製技術概念圖

　　開發背景

　　近年來，隨著用戶需求的多樣化
，要求製造行業能夠適應品種多
、數量不固定的生產
，生產的產品常常頻繁變化。為了應對這種情況，在生產各種產品時
，通過進行單獨調整以使FA設(she)備(bei)的(de)動(dong)作(zuo)速(su)度(du)和(he)工(gong)具(ju)的(de)轉(zhuan)數(shu)等(deng)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)條(tiao)件(jian)。但(dan)是(shi)
，這(zhe)樣(yang)存(cun)在(zai)需(xu)要(yao)人(ren)手(shou)和(he)耗(hao)時(shi)等(deng)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)的(de)問(wen)題(ti)。此(ci)外(wai)，隨(sui)著(zhe)低(di)出(chu)生(sheng)率(lv)和(he)老(lao)齡(ling)化(hua)問(wen)題(ti)，還(hai)麵(mian)臨(lin)著(zhe)能(neng)夠(gou)將(jiang)FA設備調整到最佳條件的熟練工人短缺的問題。

　　針對這些問題

，三菱電機和產綜研開發了AI控製技術，這是三菱電機AI技術“Maisart®※”之一
，該技術由AI預測加工過程中形狀變化等製造現場的環境變化及狀態變化
，可實時對運行中的FA設備的加工速度等參數進行調整。省去了以往由操作員耗時進行的FA設備調整

，將AI預測的加工誤差量等結果的可靠性形成指標
，並根據可靠性對FA設備進行合理控製，從而確保了高可靠性
，為生產效率的提高做出貢獻。

　　三菱電機和產綜研自2017年起開始在AI開發方麵進行合作
，這次的開發成果使得產綜研擁有的AI技術應用於三菱電機的FA設備成為可能。今後，隨著AI控製技術在三菱電機FA設備和係統中實裝工作的推進，將為提高工廠的生產效率做出巨大貢獻。

　　※　Mitsubishi Electric’s AI creates the State-of-the-ART in technology的縮寫，旨在使所有設備更加聰明的三菱電機的AI技術商標。

　　開發的特點

　　1．高速推算：開發能夠與FA設備控製同時進行的高速推算AI控製技術

• 為實現FA設備要求的實時控製，開發可高速推算的使用AI的技術
• 通過獲取代表FA設備狀態的數據（狀態量），AI自動推算動作參數及修正量，從而提高加工精度和生產效率。

　　在品種多、數量不固定的生產製造現場，在使用CNC切削機床和工業機器人等FA設備的製造工序中

，每個加工及夾持對象的FA設備的運行、動作速度及加速度等都各不相同。受此影響，實際FA設(she)備(bei)的(de)最(zui)佳(jia)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)每(mei)時(shi)每(mei)刻(ke)都(dou)在(zai)變(bian)化(hua)。在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)序(xu)，是(shi)由(you)熟(shu)練(lian)工(gong)人(ren)調(tiao)整(zheng)速(su)度(du)等(deng)動(dong)作(zuo)參(can)數(shu)以(yi)滿(man)足(zu)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)等(deng)產(chan)品(pin)規(gui)格(ge)，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)人(ren)手(shou)和(he)時(shi)間(jian)，存(cun)在(zai)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)的(de)問(wen)題(ti)。

　　此次，產綜研開發了一種在能夠與FA設備控製同時進行高速推算的AI技術

，以滿足FA設備所需的實時性。三菱電機作為一家FA設備製造商，利用迄今為止積累的知識，針對FA設備進行了AI推算精度及處理負載的調整。此外，三菱電機通過使處理負荷輕量化，開發了可以在維持動作參數推算精度的同時，與FA設備控製一同進行推算的輕量的AI控製技術。

　　2．環境適應：學習動作中的狀態量
，適應總在變化的加工環境

• 使AI在FA設備的動作過程中學習加工形狀等加工環境和品種多
  、數量不固定生產中的產品形狀的變化，實現適應製造現場環境變化和狀態變化的高精度FA設備控製
• 將FA設備中的摩擦等物理現象形成公式並嵌入AI，減少學習用到的狀態量
  ，實現快速學習

　　隨著加工的進行
，FA設she備bei加jia工gong對dui象xiang的de形xing狀zhuang發fa生sheng變bian化hua
，因yin此ci加jia工gong形xing狀zhuang等deng加jia工gong環huan境jing隨sui之zhi發fa生sheng變bian化hua，在zai一yi定ding的de動dong作zuo參can數shu下xia加jia工gong存cun在zai時shi間jian變bian長chang，加jia工gong質zhi量liang變bian差cha的de情qing況kuang。此ci外wai，這zhe種zhong加jia工gong環huan境jing的de變bian化hua根gen據ju加jia工gong對dui象xiang的de不bu同tong而er發fa生sheng變bian化hua，而er且qie在zai品pin種zhong多duo、數量不固定的生產前預先學習比較困難。

　　此次
，產綜研開發了一種AI技術
，能夠讓AI當場學習在FA設備動作中獲取的狀態量，即使加工環境發生變化
，也可以當場調整。此外，三菱電機通過將FA設備中的摩擦等物理現象形成公式，將公式嵌入AI，可在FA設備運行過程中進行學習
，從而適應總在變化的加工環境。

　　3．高可靠性：將推算結果的可靠性形成指標，實現高可靠性的AI控製技術

• 構建將AI推算結果的可靠性數值化的算法
• 為確保實時控製所需的高可靠性
  ，根據推算結果的可靠性合理控製FA設備
  ，即使在各種各樣的加工環境下也能實現高可靠性的穩定動作

　　用戶對FA設備的要求是穩定的產品質量和製造所需時間的減少，要進行實時的AI控製
，AI推算結果的可靠性必須要高。

　　此ci次ci
，產chan綜zong研yan結jie合he推tui算suan對dui象xiang裝zhuang置zhi的de機ji械xie特te性xing，通tong過guo學xue習xi各ge個ge產chan品pin機ji械xie特te性xing的de偏pian差cha，構gou建jian了le能neng夠gou計ji算suan推tui算suan結jie果guo可ke靠kao性xing的de算suan法fa。此ci外wai，三san菱ling電dian機ji將jiang該gai算suan法fa嵌qian入ruAI控製技術，根據推算結果的可靠性合理控製FA設備，從而開發出能夠確保高可靠性的AI控製技術。

　　AI控製技術的的應用示例

　　1．高速推算

　　作為可高速推算的AI控製技術的應用示例，三菱電機和產綜研開發了推算機器臂指尖負載的技術。

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

　　對此，本開發技術根據馬達電流等信息
，通過AI高速推算指尖負載

，並算出推算結果的可靠性，再根據可靠性調整加減速（圖1-1）。在驗證動作的例子（圖1-2）中(zhong)，比(bi)較(jiao)了(le)使(shi)用(yong)推(tui)算(suan)的(de)指(zhi)尖(jian)負(fu)載(zai)和(he)不(bu)使(shi)用(yong)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)關(guan)節(jie)軸(zhou)角(jiao)速(su)度(du)從(cong)開(kai)始(shi)移(yi)動(dong)到(dao)停(ting)止(zhi)的(de)時(shi)間(jian)，使(shi)用(yong)了(le)推(tui)算(suan)的(de)指(zhi)尖(jian)負(fu)載(zai)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)動(dong)作(zuo)時(shi)間(jian)縮(suo)短(duan)了(le)20%。此外，使用推算的可靠性，僅在可靠性較高時進行調整
，確保了動作的穩定性。

圖1-1　使用了AI推算負載和可靠性的高速動作

圖1-2　使用了負載推算的高速化示例

　　2．環境適應

　　作為適應環境的AI控製技術的應用示例，三菱電機和和產綜研開發了AI調(tiao)整(zheng)功(gong)能(neng)

，用(yong)於(yu)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)放(fang)電(dian)加(jia)工(gong)機(ji)之(zhi)一(yi)的(de)電(dian)火(huo)花(hua)放(fang)電(dian)加(jia)工(gong)機(ji)的(de)加(jia)工(gong)條(tiao)件(jian)。電(dian)火(huo)花(hua)放(fang)電(dian)加(jia)工(gong)機(ji)通(tong)過(guo)加(jia)工(gong)形(xing)狀(zhuang)的(de)電(dian)極(ji)靠(kao)近(jin)加(jia)工(gong)對(dui)象(xiang)物(wu)並(bing)使(shi)之(zhi)放(fang)電(dian)，從(cong)而(er)將(jiang)電(dian)極(ji)形(xing)狀(zhuang)轉(zhuan)移(yi)到(dao)加(jia)工(gong)對(dui)象(xiang)物(wu)上(shang)，但(dan)由(you)於(yu)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)電(dian)極(ji)和(he)加(jia)工(gong)對(dui)象(xiang)物(wu)之(zhi)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)加(jia)工(gong)屑(xie)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)排(pai)出(chu)加(jia)工(gong)屑(xie)的(de)電(dian)極(ji)動(dong)作(zuo)（圖2-1）。隨著加工的進行，加工屑會增加
，這就需要根據加工屑的排出狀態調整加工屑排出動作的頻率。

　　AI調整功能是在加工過程中由AI學習加工屑的排出狀態，自動調整加工屑排出動作的頻率。根據三菱電機電火花放電加工機的加工評估，與未應用AI調整功能的情況相比，使用了AI調整功能的加工時間最多縮短了23%（圖2-2）。

　　(a)加工過程中(產生加工屑) (b)排出加工屑的動作

圖2-1　電火花放電加工機的加工狀態

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控製技術的應用示例，三菱電機和產綜研開發了CNC切削機床的AI誤差修正功能（圖3-1）。該功能由AI推(tui)算(suan)加(jia)工(gong)誤(wu)差(cha)量(liang)，該(gai)加(jia)工(gong)誤(wu)差(cha)量(liang)表(biao)示(shi)加(jia)工(gong)時(shi)隨(sui)加(jia)工(gong)位(wei)置(zhi)的(de)變(bian)化(hua)下(xia)達(da)給(gei)切(qie)削(xue)機(ji)床(chuang)的(de)指(zhi)令(ling)值(zhi)和(he)當(dang)前(qian)位(wei)置(zhi)間(jian)的(de)差(cha)值(zhi)

，這(zhe)樣(yang)，即(ji)使(shi)機(ji)械(xie)可(ke)動(dong)部(bu)的(de)特(te)性(xing)發(fa)生(sheng)了(le)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)也(ye)能(neng)進(jin)行(xing)合(he)理(li)的(de)修(xiu)正(zheng)。此(ci)外(wai)，還(hai)可(ke)以(yi)將(jiang)AI推算的加工誤差量的可靠性形成指標，僅使用可靠的誤差修正量的推算結果進行誤差修正。根據三菱電機CNC切削機床的加工評估，與未應用AI誤差修正功能的情況相比

，加工精度提高了51%，同時還實現了穩定加工（圖3-2）。此外、可靠性較低時可以通過二次學習提高加工精度。

 

圖3-1　CNC切削機床的AI誤差修正功能

　　(a) 加工形狀 (b) 加工精度的色圖

圖3-2　CNC切削機床的評估結果