亚马逊在AWS上:将实体技术和新兴数字技术无缝整合

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现实世界和数字世界的融合

我个人感兴趣的一个领域是,数字技术如何越来越多地塑造我们周围的物理空间,比如我们的家和工作场所。亚马逊的Alexa就是一个很好的例子,它是一种按需人工智能助手,存在于云端,但我们可以通过声音来控制家里的照明、打开洒水器和锁上门。这是我们的物理环境由于数字技术的增强而进化的体现。自然语言处理,机器学习模型,语音合成,以及所有其他复杂的东西都是在一个数字系统中完成的,这个数字系统位于你家的墙壁之外,但它能够连接到门锁,并代表你执行物理动作。对于终端用户来说,Alexa的美妙之处在于他们不需要知道这些是如何工作的,哪些部分是物理的还是数字的;这只会让他们的生活更美好。

现在,作为一个技术专家,我总是试图看更大的图景,当我想到像Alexa这样的东西时,我也喜欢思考这些相同的概念如何应用在其他领域。更重要的是,你不仅需要了解技术本身,还需要了解它是如何为客户服务的,以及它是如何适应和影响环境的。

记住这些要点,让我们离开我们的家,看看工业用例,比如生产线和可能存在于这些环境中的复杂操作和机器。机器人就是一个很好的例子。机器人技术是一个通过流行文化激发我们想象力的领域,我们看到和读到机器人完成了人类不可能完成的壮举。然而,尽管电影可能会让它们变得发人深省和有趣,但今天大多数机器人应用程序都相当实用,并不像许多人在他们头脑中所建立的宣传那样。事实上,对于大多数实现来说,当今的机器人都是在基本指令集上操作的,除了自动化简单的、可重复的任务外,它们什么也做不了。

一个只做一件事的机器人不是机器人,它只是自动化。

——约瑟夫·恩格尔伯格——机器人之父


现在,这并不是因为他们没有技术可以做更多的事情——诸如物联网、计算机视觉、机器学习和数字双胞胎等技术都是非常真实的,在其他领域有非常大的影响,它们被应用于使机器人更具适应性。在未来几年,我们将看到机器人能力、可靠性和安全性的快速发展,这一切都是由新兴技术、云计算和新连接硬件的无缝集成驱动的。要想在这种进化中取得成功,就像Alexa一样,最好的机器人应该简单地工作,并与使用它们的人和谐相处,而不需要那些人担心幕后发生了什么。

最近,我们的亚马逊机器人团队发表一篇博客讨论了我们在亚马逊工厂中使用的机械臂,用来减轻员工的负担,提高安全性。文章本身很有趣,很值得一读。但像这样的系统让我感兴趣的是幕后的技术,它让这样的东西滴答作响。虽然像高级机器人这样吸引人的后端系统在普通的观察者看来可能很平凡,但它们对于让一切和谐运行是绝对必要的。

所以今天我想深入了解这个故事,看看Amazon Robotics是如何使用AWS云技术来实现这些惊人的创新。

亚马逊机器人的下一个进化

从表面上看,在工业环境中使用机器人并不是什么新鲜事。从20年代中期开始,人们就开始使用它们来自动化无差异、重复性的任务th世纪。然而,传统机器人的能力有限,一般要求极其一致的条件。例如,工作流或环境中的一个简单更改可能意味着生产线上的重大停机时间的完全重新配置。在当今快节奏的工业设施中,无论是在亚马逊还是其他地方,都有许多不同的情况,机器人交互的物品在不断移动或变化,意外的设备停机成本很高。在亚马逊的设施中,包裹有不同的形状、大小和条件,在不同的地方需要扫描的信息,比如运输标签上的信息。包裹,从软邮件到小盒子,甚至可以重叠或停留在另一个,因为他们向下移动传送带。传统的机器人可能很难将这些包裹区分为多个项目。

与过去的机器人不同,知更鸟(抢劫管道)智能机械臂——上面提到的Amazon Robotics文章中描述的——已经增强了应对这些挑战的能力。它配备了先进的机器学习算法、摄像头、计算机视觉、传感器和抓手,以处理不完全相同的情况,比如随机重叠的包。亚马逊使用的另一个机器人是码垛机/脱码垛机,它实时计算如何将一个装满不同形状包裹的稳定托盘堆叠起来。这些下一代机器人使我们能够扩大运营规模,减少失误。

由AWS

这些下一代机器人将有助于我们的目标,在正确的时间将正确的货物交付给正确的客户。为了做到这一点,他们正在使用AWS技术,比如用于神经网络和计算机视觉的人工智能,数据流,存储和分析,从边缘到云。但我们如何让这项技术“仅仅适用于”操作或与机器人一起工作的人呢?

其中一个关键的幕后组件是亚马逊机器人团队所称的综合设备管理(CDM)。这是亚马逊机器人公司及其众多开发团队能够快速增长、大规模监控和管理车队的基础。必威体育精装版app官网而不是有时华丽和最常谈论的技术,它的后端功能,像这样的真正实现规模。

CDM的愿景是协调现有设备的部署和管理,并简化新设备类型的安装。Robin的机械臂和码垛机/去码垛机只是一个例子,在Amazon Robotics的范围内有许多不同类型的机器人、人类和混合工作站,以及边缘计算设备(工作站计算机)和其他外围设备。你可以把CDM看作是亚马逊机器人运营的核心聪明的这是对过去需要恒定条件的机器人设备的一次飞跃。

CDM的影响体现在三个挑战上,这三个挑战在我接触过的许多工业客户中都很常见:安全精简设备供应和管理(这在机器人“总是在工作”的情况下尤其具有挑战性),提高安全姿态,加快工业创新的步伐,所有这些都是大规模的。

亚马逊机器人团队于2018年开始研究CDM,并在使用AWS物联网的架构上试验了几项技术。他们选择AWS物联网,因为它给了他们一个可扩展的框架,基本整个CDM系统,与几个必备:一个成熟的和轻量级消息传递协议(MQTT),消息传递代理,能够跟踪单个设备状态(阴影),可以轻松获得证书和能力按需运行固件更新等工作。在一个复杂的环境中,比如Amazon Robotics为之构建的环境中,所有这些功能都是持续改进和创新的关键组件。

例如,亚马逊机器人必须解决的最大挑战之一是管理侵入式操作。侵入性操作,如升级到新的软件版本,获得新的证书或任何其他可能干扰机器人操作的操作,必须在正确的时间完成。就像在任何制造业或资产密集型行业一样,我们努力减少设备停机时间。当设备关闭时,它就没有价值了。在亚马逊,机器人与人类一起工作,如果管理不当,侵入性操作甚至可能产生安全影响,比如机器人在不合适的时间停下来接收更新。CDM的设备代理需要知道它何时是安全的,何时是执行侵入性操作的最佳状态,CDM的一个突出特点是它将常见的设备管理功能从机器人应用程序本身解耦。系统通过一组商定的MQTT主题和消息模式进行接口。CDM提供了不同的策略,用于协调侵入性作业的运行,以最大化吞吐量并从不中断正在进行的工作。使用AWS物联网作业和阴影,每个设备都可以根据自己的状态向应用控制平面发出请求,为它安排作业,而不是将更新从云推送到设备群中。在考虑除Robin之外的其他设备时,这是一个重要的考虑因素,例如Amazon Robotics的移动机器人团队也利用CDM进行维护任务。 These mobile robots, which we call Drive Units, add a layer of complexity due to the need to schedule these maintenance jobs at different times in order to continue optimal performance of the larger Drive Unit fleet operations. Using CDM control plane, missions can be scheduled when it makes sense for each individual Drive Unit. The Drive Units will move to a safe place at a safe time (i.e., not operating) to perform the job. When the drive unit is ready, it can go into maintenance mode and then execute the job on its own behalf. When it is done, it will inform the control plane and continue to receive production missions.

另一个挑战是,在亚马逊,我们是大规模运营的,有多个独立的机器人团队致力于解决不同的问题。为了帮助这些团队更快地创新,我们需要消除无差别的繁重工作,例如开发和管理供应服务。必威体育精装版app官网因为CDM为共享的基础设施和功能(例如,证书和证书管理)提供了一个单一的窗口,每个分散的开发团队可以花更多的时间专注于他们独特的业务逻辑和构建差异化的服务,同时保持对他们设备的控制和所有权。必威体育精装版app官网CDM为这些团队提供了标准化的配置和管理流程,允许他们将设备部署到生产中,并以最小的接触点继续管理它们,从而节省了时间。

最后但同样重要的是,清洁发展机制改善了亚马逊机器人系统的整体安全状况。以前,机器人应用团队针对不同频率要求的证书旋转有不同的解决方案。有时,它们需要手动操作,这很容易出错,并使您的资产更容易受到攻击。CDM使用AWS物联网管理服务,按照安全最佳实践实现设备管理和证书轮换的自动化和标准化。使用CDM, Amazon Robotics在每个设备的基础上部署和旋转凭据(例如用于设备配置或无线身份验证),其中没有共享任何东西,从而减少了Amazon设施中设备的潜在攻击面。因为这是由AWS物联网管理的,Amazon Robotics能够缓解安全挑战,如果他们自己建造的话,可能需要更多的资源和努力。

扩展了

由于亚马逊机器人团队在2018年才开始研发清洁发展机制,他们仍在将清洁发展机制和这些先进的机器人推广到更多的设施中,扩大能力,并提高亚马逊向客户提供产品的安全可靠程度。不过,他们已经看到了利用AWS物联网等云技术的劳动成果。为了处理收集、处理和分析的数据增加,亚马逊依赖AWS的能力,在一些最复杂的用例中,甚至可以满足最大客户的需求。亚马逊机器人软件工程师Jule Slootbeek说得最好,他说:“CDM使我们的客户能够像部署到云上一样轻松地部署到边缘。”通过提供一个单一的、多租户的、集中的管理层来处理共享功能,我们使数十到数百个客户能够部署数千到数百万台设备。”

亚马逊的设施每天运送数以百万计的包裹,亚马逊机器人正在改变我们安全可靠地将这些包裹运送给客户的方式,这真是令人惊讶。为了实现这一目标,在幕后有很多数字化的工作正在进行,比如清洁发展机制(CDM),通过不断的创新和改进,这些工作得以大规模高效地进行。当现实世界和数字世界融合在一起时,一切看起来就像变魔术一样。

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