當前全球制造業(yè)正處于全新的變革時期,，未來制造方式會徹底改變,，個性化產(chǎn)品將以高效率、一定批量化的柔性制造方式生產(chǎn),，機器人必將在新的制造模式下發(fā)揮不可替代的作用,。
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4 Y! T3 r! V$ Y7 p6 e% F6 G目前傳統(tǒng)工業(yè)機器人所能完成的工作范圍有限，無法適應(yīng)未來的制造方式,，新一代機器人更智能,、更靈活,、更易合作,、更具有適應(yīng)能力等特性將為未來工廠帶來巨大變化，甚至改變?nèi)蚋偁幐窬帧?font class="jammer">) d& y3 J4 {7 a6 ?% B# \
2 p4 f: t8 M9 O0 B5 L0 B6 s( n" i1,、背景與產(chǎn)業(yè)需求
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+ j; n) k( z" _3 g8 P加速機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了國家意志和戰(zhàn)略2 @1 `1 I5 G( F* x% T# {0 k% ]
# s8 l7 K3 v8 r2 \: R隨著我國勞動力成本快速上漲,，人口紅利優(yōu)勢喪失，這種陳舊的制造模式受到了巨大沖擊,，采用機器人代替勞動力已成為中國新的比較優(yōu)勢,。機器人已從“備選”成為“必選”，倒逼中國加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，成為實現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,、提升制造業(yè)競爭力的重要路徑。
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傳統(tǒng)機器人技術(shù)的局限性制約了機器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展. P+ H( V) i! z8 U" L3 Q/ Z* J5 ?
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傳統(tǒng)機器人工作于靜態(tài),、結(jié)構(gòu)化,、確定性的無人環(huán)境中，以固定時序完成重復(fù)性作業(yè),，這種機器人的工作特點在于空間相對隔離,、與人非接觸、預(yù)編程或示教再現(xiàn)控制,、需要外部安全保障,。
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全球化的細分市場、產(chǎn)品用戶定制化生產(chǎn)模式的回歸,，使小批量,、多品種,、短周期、個性化成為新興制造業(yè)的顯著特點,，也是未來制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式,。柔性制造、個性化制造等新興制造模式需要與產(chǎn)業(yè)工人合作作業(yè)的“工友型”,、可完成類人的技能作業(yè)機器人,。8 `' v; K7 S8 `3 d( }. t
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這些新的巨大需求是傳統(tǒng)機器人技術(shù)不具備的�,？梢�,，傳統(tǒng)機器人技術(shù)的局限性制約了機器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展。& x7 }$ A" K( `" F: u) H! d
( e5 r7 D& @7 k' E下一代智能機器人為我國快速趕超國外發(fā)達國家?guī)砹藱C遇
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美國在2013年公布的機器人路線圖中提出了“Robotic Partner”,，歐盟在2014年公布的“地平線2020計劃”提出了“Co-Worker”,，他們均為下一代智能機器人勾畫出發(fā)展前景。/ j( P* l4 }2 Z) }& o
( U |) _/ G3 S而美國Rethink公司研制的Baxter,、德國宇航中心的Justin,、KUKA-DLR研制的LWR-IV機器人、ABB公司的YuMi等則展示出下一代智能機器人的原型,。我國在下一代智能機器人關(guān)鍵技術(shù)的研究上取得了一些初步成果,，但這些研究都是分散的、自發(fā)的,，一無頂層設(shè)計,，二無強大資金支持，目前尚無科技專項計劃系統(tǒng)性支持,。
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4 l2 w( o/ j& w6 e9 X在這種情況下,，下一代智能機器人的研究難以快速發(fā)展。下一代智能機器人在國外發(fā)達國家剛剛開始研發(fā),，我國與國外的差距并不大,。這無疑給我們帶來了千載難逢的機遇。如果我們能夠抓住這個機遇,，從頂層開始規(guī)劃,，那么我國在下一代智能機器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)方面有望快速趕超國外發(fā)達國家。
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2,、下一代工業(yè)機器人概念和內(nèi)涵" \! b5 U& e* ?
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下一代工業(yè)機器人是一種可融入人類生產(chǎn),、生活環(huán)境、與人優(yōu)勢互補,、合作互助,，進而成為具備可變作業(yè)能力的人類助手型機器人�,！芭c人共融”是下一代工業(yè)機器人最本質(zhì)的特征,。所謂與人共融,，是人與機器人關(guān)系的一種抽象凝練，包括三個方面的內(nèi)涵：' d0 f$ t# v! P" [2 ]
2 V/ i0 J3 K0 }) H9 X' v$ m3 @4 d$ C任務(wù)融合——人與機器人相互配合共同完成一個指定任務(wù),；1 o" ~/ J" A6 d, l4 ]! O; G
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行為融合——人與機器人在行為上一致,、協(xié)調(diào)、互助,；
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智能融合——人的智能與機器人的自主行為能力相融合,，提升機器人智能水平。
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9 l0 R4 ^' \' Q3 U5 B3 Y l3,、行業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)
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7 ~' v- S$ k8 q- v4 G下一代工業(yè)機器人的發(fā)展瓶頸主要表現(xiàn)為以下兩個層面,。
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技術(shù)層面
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盡管機器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近60年，但其一直未能脫離基于預(yù)編程/遙操作的自動化機器范疇�,，F(xiàn)有的機器人系統(tǒng)要滿足新興制造業(yè)面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn),。
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第一，感知與決策�,，F(xiàn)有機器人適用于靜態(tài),、結(jié)構(gòu)化、確定性的無人環(huán)境中完成固定時序,、重復(fù)性作業(yè),。新一代工業(yè)機器人需要在自然（非人工）、不可預(yù)知,、復(fù)雜的有人環(huán)境中完成動態(tài)可變的作業(yè),，對機器人的傳感,、認知及規(guī)劃決策能力提出挑戰(zhàn),。) P" S4 q1 J$ j) h* ^4 @1 n$ Y
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第二，靈巧作業(yè)�,，F(xiàn)有工業(yè)機器人主要針對剛性單一對象,，完成簡單的抓取移動等操作。新一代工業(yè)機器人作業(yè)/服務(wù)對象拓展到復(fù)雜組合體,、軟性物體甚至生物活體,，操作復(fù)雜度更高，技巧性更強,，動態(tài)及不確定性更明顯,，對機器人的材料、驅(qū)動,、控制及學(xué)習(xí)能力提出挑戰(zhàn),。
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& X; y: c/ Z3 L `第三，人機共融�,，F(xiàn)有工業(yè)機器人在物理空間上基本與人隔離,，由專業(yè)技術(shù)人員操作,。新一代工業(yè)機器人將深度融入人類生產(chǎn)及生活。人類與機器共享空間,、物理接觸,。安全及良好的交互體驗至關(guān)重要，對機器人與人的雙向信息交流,、協(xié)同感知,、智能融合及行為合作能力提出挑戰(zhàn)。
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產(chǎn)業(yè)層面
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我國制造業(yè)每萬名產(chǎn)業(yè)工人所擁有的工業(yè)機器人數(shù)量遠低于發(fā)達國家,，不足國際平均水平的一半,，距制造業(yè)強國尚有近10倍的增長空間。
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汽車行業(yè)將不再是工業(yè)機器人的最大需求行業(yè),，而電子制造行業(yè),、食品藥品行業(yè)等多個行業(yè)將很快成為工業(yè)機器人需求的領(lǐng)跑者。
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以電子,、生活消費類產(chǎn)品為代表的,、在制造產(chǎn)業(yè)鏈條中的低技術(shù)含量、低產(chǎn)品附加值的制造產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)眾多,，但傳統(tǒng)機器人在該領(lǐng)域所能替代人的比例不足20%,。7 F/ q% o# O( q5 n! b
8 l% w5 q: w! Z# [+ X+ s下一代工業(yè)機器人在產(chǎn)業(yè)上的需求巨大，但面臨著成本高昂等巨大挑戰(zhàn),。一方面,，關(guān)鍵核心零部件和大量機器人專用傳感器依賴進口，下一代工業(yè)機器人與目前工業(yè)機器人同樣面臨成本居高不下的困境,。! |( U/ E/ T4 B5 S9 F7 L7 ]
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另一方面,，大量勞動密集型制造企業(yè)更加關(guān)注投資回報周期，而下一代工業(yè)機器人多以雙臂為主,、成本更高,，這也制約了下一代工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)批量應(yīng)用。6 _: o" x2 |# K d4 t3 ?
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4,、四項建議/ H- B" d" D: N5 y1 k4 C* Q
* Y& F3 m( p _& |* q; F/ ~第一,，以國家科技計劃為依托，開展系統(tǒng)謀劃,，做好頂層設(shè)計,。4 }! O5 h* a( I+ l4 i- R2 O) k, o
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我國應(yīng)牢牢把握需求牽引，以功能演示與示范應(yīng)用為抓手,，針對未來制造業(yè)新的需求,，研究機器人本質(zhì)安全、情境認知,、任務(wù)合作,、行為輔助,、智能融合等共性核心技術(shù)和新興交叉技術(shù)帶給機器人的變革性技術(shù)，開展下一代機器人的核心技術(shù)儲備,，引領(lǐng)市場需求需要,，探索以人工智能為基礎(chǔ)的新的基礎(chǔ)研究。
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& S R5 s1 O8 w關(guān)鍵技術(shù)的突破要跳出固有思維,，更加注重基礎(chǔ)研究和學(xué)科交叉,，建立新的觀念。
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第二,，整合協(xié)同創(chuàng)新資源,，完善創(chuàng)新機制，實現(xiàn)機器人可持續(xù)發(fā)展,。 S8 T8 g8 A. F0 p
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通過協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,，我國可進一步整合創(chuàng)新資源，盡快制定各類科技資源的標準規(guī)范,，建立促進科技資源共享的政策法規(guī)體系,，探索產(chǎn)、學(xué),、研,、用各方利益共享與分配機制，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用的深度融合,。
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同時,，我國要進一步完善創(chuàng)新型企業(yè)的評價體系和政策激勵體系，鼓勵創(chuàng)新型企業(yè)加強體制與機制創(chuàng)新,，堅持自主創(chuàng)新,，掌握核心技術(shù)，強化知識產(chǎn)權(quán)保護,，開展專利布局研究,，實施品牌戰(zhàn)略，鼓勵高校,、科研院所以多種形式參與創(chuàng)新型企業(yè)的建設(shè)。
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* u- Y n8 z) B+ Z* A第三,，以商業(yè)模式為中心,，創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)，帶動服務(wù)性產(chǎn)業(yè),。
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實行創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,，本身就是一個系統(tǒng)工程，其中商業(yè)模式的創(chuàng)新應(yīng)該值得特別關(guān)注,。; g9 W! E, P- q8 l+ E" A( z% j
" P5 [# D' s: u, u% c每一個新市場,，往往有一個新的商業(yè)模式,。一種新的商業(yè)模式產(chǎn)生以后，又會帶來很多新的關(guān)鍵技術(shù),。新的服務(wù)模式和商業(yè)模式帶動了新產(chǎn)品的研發(fā),，也帶動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國應(yīng)在創(chuàng)新銷售,、服務(wù)模式上下功夫,，提高政府的靈活性。: {) J3 V; Z$ _/ |6 y4 W, G8 A
; Z @ p; x) e+ S) y) ?第四,，以國際合作為手段,，加強基礎(chǔ)研究，促進能力的提升,。& ]# j% ~0 l- ~- u% a0 y
) Z u4 i* B7 [" z7 A自主創(chuàng)新要在全球資源的基礎(chǔ)上實現(xiàn)開放式創(chuàng)新,，可通過采購、并購獲取關(guān)鍵技術(shù),，也可在基礎(chǔ)研究上開展廣泛的國際合作,，特別是在人工智能等方面。6 g+ L5 A0 }: x) V, J/ U
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我們應(yīng)鼓勵外企把研發(fā)中心建到中國,，不懼競爭,。機器人的市場很大，我們不能固步自封,。我們應(yīng)當抱著更開放的市場心態(tài),，在全球化競爭中凸顯優(yōu)勢，提升能力,。* C3 I$ I8 Y) _
作者：趙杰 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授,、863計劃智能機器人主題專家組組長
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發(fā)表于 2015-7-23 13:21:23
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