來源:中國工業(yè)報
機器人是20世紀最大的技術(shù)發(fā)明之一,機器人也可以稱之為制造業(yè)皇冠上的明珠。現(xiàn)在機器人的名氣,無論是從技術(shù)上還是從未來戰(zhàn)略上都到了無以復加的高點,但真正機器人發(fā)展了半個多世紀,它在市場上的表現(xiàn)又是什么,機器人是名不副實還是名實相符?
對此,沈陽新松機器人自動化股份公司總裁曲道奎指出,目前為止機器人的擁有量不到200萬臺。而中國一年的汽車產(chǎn)量2000萬臺。機器人作為一 種產(chǎn)業(yè)或者產(chǎn)品它幾乎可以忽略不計。機器人作為這樣一個重要產(chǎn)品在半個多世紀的保有量不到200萬臺,這與它名氣的差距之大令人驚訝。
全球最大機器人市場趨勢不變
據(jù)統(tǒng)計,2009~2014年,世界機器人的快速發(fā)展時期,特別是全球金融危機的大背景下,機器人逆勢增長,全球的增長率接近30%,中國的增 長率到50%多,接近60%。近幾年進入了機器人快速發(fā)展的新階段。這里中國尤為突出,2013年中國成為機器人全球最大市場,2014年中國市場增幅 54%,仍然保持全球最大市場。預計未來10年乃至15年,中國一直會保持全球最大機器人市場的趨勢。更關(guān)鍵的一點,中國保有的機器人密度和國際平均密 度,還沒有達到一半,這說明中國市場潛力巨大。
機器人技術(shù)十分重要,但是機器人整個市場表現(xiàn)不理想,成本、價格這是一方面的因素,而真正的因素可能在技術(shù)上。曲道奎指出,從市場表現(xiàn)數(shù)據(jù)可以 看到,機器人全球平均密度是在0.62%,中國只達到0.3%。實際上在機器人替代率里,可以忽略不計。因為全球平均99.38%的工作還是人來做,機器 人在里面的替代率只有0.6%多一點,在中國99.7%還是人作業(yè)。由此可以分析為什么這么大的工作量機器人不能替代,原因在于很多領(lǐng)域因為機器人技術(shù)無 法支撐,不具備條件。機器人根本不具備替代人工作的條件,而不在于成本和價格,在于產(chǎn)品功能和性能不能滿足真正制造業(yè)大批量剛性需求。
機器人技術(shù)限制明顯
現(xiàn)在典型的工業(yè)機器人,缺少了感知系統(tǒng)。一般的視覺、力覺還有其他感知,現(xiàn)在的機器人都沒有。機器人還缺什么?缺少靈巧性。真正制造業(yè)里很大一 類工作,特別是勞動密集型工作,幾乎都是靠人的靈巧性,這恰恰是今天機器人所欠缺的。機器人既沒有感知系統(tǒng),又沒有靈巧的操作系統(tǒng),按照人類來講,機器人 應該是一個嚴重的殘疾人,這樣在人類中基本排除在就業(yè)范圍之外,這就是今天機器人的現(xiàn)狀。
今天的機器人只能在結(jié)構(gòu)工作環(huán)境下做程序化、規(guī)定性的工作。真正需要靈巧性的、或者在需要變通的環(huán)境,機器人無能為力。這個問題導致了很大一類 工作機器人無法做,包括典型的勞動密集型工作。未來機器人一個重要發(fā)展趨勢在于3C(通訊、電子、消費類),而這些領(lǐng)域需要勞動者從事的工作是要用真正的 雙手或者手指,做靈巧性的工作,但是機器人做不了。還有一大類特種性的工作,沒有一定規(guī)范,機器人也做不了。真正需要勞動力多的行業(yè)機器人全部無能為力, 分析原因還是技術(shù)問題。
智能是機器人技術(shù)突破主要方向
還有特種領(lǐng)域機器人的作用。一個是人類的替代、一個是人類能力的拓展,在這個領(lǐng)域現(xiàn)在機器人所做的也是剛剛開始。今天因為眾多技術(shù)的限制,使得 機器人只是局限在制造業(yè)很窄的一部分里,這也回答了為什么今天機器人發(fā)展了半個世紀全球只有200萬臺,作為一個產(chǎn)業(yè)來講可以說是微乎其微的。針對這個情 況,下一步機器人技術(shù)突破主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
一是機器人的作業(yè)能力,從靈巧性入手;二是機器人的自主決策能力要增加;三是機器人的交互能力,不像過去靠編程、靠鍵盤,而是通過其他交互方 式,通過這個來解決機器人在復雜環(huán)境下的作業(yè),解決機器人與人的共融性,還要解決與作業(yè)決策相關(guān)的自主意識問題,要重點解決機器人的交互能力問題。這幾個 技術(shù)突破以后,機器人才會擺脫現(xiàn)在只是作為一種機械設備在專用領(lǐng)域應用的現(xiàn)狀,從而進入廣泛的市場。
曲道奎指出,機器人的智能技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在可能要經(jīng)歷三個階段。第一階段,計算智能。現(xiàn)在的機器人主要體現(xiàn)在編程、計算,以軌跡計算為主。第二 階段,進入感知智能,各種傳感要進來,提高機器人對外部環(huán)境的適應性。第三階段,認知智能,這個比較長遠。這三個階段,當下機器人重點發(fā)展的是第二階段 “感知智能”,可以實現(xiàn)機器人在制造領(lǐng)域或者外部環(huán)境的適應性。認知智能還需要長時間的積累,眼前重點需要突破的是感知智能領(lǐng)域。
現(xiàn)在機器人具備兩大屬性,第一個屬性是機器人的機器屬性或者機械屬性,機器人發(fā)展到目前重點發(fā)展的是這個屬性。第二是人的屬性,智能、智慧、靈巧性。今天機器人正處在一個由機器向人的轉(zhuǎn)折點上,也就是智能的提升。
產(chǎn)業(yè)鏈低端化風險不容忽視
對于中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,曲道奎客觀地評價指出,現(xiàn)在中國有一定影響力的機器人公司可能有700~800家,這是短短三五年的爆發(fā)式發(fā)展。中國機器人的量上去了,發(fā)展速度上去了,但企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)在哪兒,中國機器人的內(nèi)涵是什么?
研究數(shù)據(jù)表明,中國機器人目前存在的巨大問題包括三個方面,一是機器人技術(shù)層面,機器人的復雜程度,多關(guān)節(jié)機器人國外公司占了90%。二是機器 人作業(yè)難度,現(xiàn)在機器人更多體現(xiàn)在焊接,在焊接領(lǐng)域國外占了84%。三是行業(yè)應用,真正機器人的高端應用主要集中在汽車行業(yè),在這個領(lǐng)域國外公司占了 90%。這說明中國機器人在技術(shù)層面,也就是機器人的復雜度處于比較大的劣勢,國外企業(yè)和技術(shù)占據(jù)著主導地位。
隨著趨勢的發(fā)展,中國將來很可能在產(chǎn)業(yè)鏈中處在低端,并逐漸被市場邊緣化,很多主流市場,中國企業(yè)可能進不去,這是一個非常重要的問題。從機器人產(chǎn)品來看,我國現(xiàn)在的問題是高端市場產(chǎn)業(yè)鏈低端化,市場的邊緣化的風險。
曲道奎指出,中國是全球最大的市場,同時中國也成為了全球機器人競爭最激烈的戰(zhàn)場。中國機器人產(chǎn)業(yè)里的企業(yè)數(shù)量近幾年飛速發(fā)展,但質(zhì)量需要有一 個大的提升。中國機器人產(chǎn)業(yè)存在三個大的潛在風險,一個是技術(shù),很可能要空心化;二是應用的低端化;三是市場邊緣化。這三大潛在風險,中國的機器人產(chǎn)業(yè)、 中國機器人企業(yè)必須重視起來,要解決好。四是當務之急中國要培育具有國際競爭力的企業(yè)。作為一個國家沒有國際級的龍頭企業(yè)不可能在國際上占據(jù)優(yōu)勢或者競爭 地位。中國政府現(xiàn)在要打造機器人相關(guān)的大平臺,研究開發(fā)平臺、檢驗檢測平臺,還包括其他的標準平臺,這都是中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要支撐的相關(guān)平臺。
智能制造拓展機器人應用空間
在曲道奎看來,工業(yè)4.0帶來一個新的概念,對產(chǎn)品的重新定義,雖然產(chǎn)品名字沒有改變,但是產(chǎn)品內(nèi)涵發(fā)生了翻天覆地的變化。現(xiàn)在工業(yè)4.0要伴 生第二次機器革命,這當中典型代表是新機器人。傳統(tǒng)機器人的使命是支撐前三次工業(yè)革命,作為大設備的支撐。第四次工業(yè)革命必須有新一代機器人支撐,必須滿 足物物相連、物物相通,滿足數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡、云這些新的要求,所以就有一個大的變化,我們稱之為新一代機器人。
現(xiàn)在一個智能制造時代已經(jīng)來臨,這個時代來臨有幾個基本特征:第一,美國的再工業(yè)化,美國物聯(lián)網(wǎng)的革命,包括歐盟的工業(yè)4.0以及日本的復興戰(zhàn) 略和日本的機器人新革命,以至中國制造2025,這一切都標志著全球進入了一個新的發(fā)展階段。這個階段稱之為大智能的變革,核心是智能。首先在智能制造這 個大范疇內(nèi)需要一個大模式的變革。第二,為支撐智能制造需要有智能設備,它生產(chǎn)的又是智能產(chǎn)品,同時設計手段包括管理手段的數(shù)字化、智能化,這是大的系統(tǒng) 的變革時代。
機器人今天的現(xiàn)狀是技術(shù)不能提供支撐,很多功能、性能滿足不了需求。新一代機器人首先在技術(shù)上有了新支撐。包括網(wǎng)絡技術(shù)、傳感、大數(shù)據(jù)、新一代 材料等等,在技術(shù)上有翻天覆地的變化。新一代機器人的定義擺脫了設備概念,已經(jīng)成為了人類真正的伙伴,無論在制造業(yè)還是日常生活,特殊領(lǐng)域,新的機器人和 傳統(tǒng)機器人在內(nèi)涵、在功能上發(fā)生了翻天覆地變化。按照這個定義,未來制造業(yè)只是機器人的領(lǐng)域之一,醫(yī)療、國防安全、服務生活領(lǐng)域,這才是機器人未來的大空 間,未來的大市場,幾萬億美元的市場,是整個機器人市場的新范圍。
機器人產(chǎn)業(yè)的機遇大于挑戰(zhàn)
當前,世界各國都把新機器人作為國家發(fā)展戰(zhàn)略。機器人是多種高新技術(shù)的綜合集成,機器人的發(fā)展幾乎代表一個國家綜合技術(shù)的發(fā)展水平和發(fā)展階段。 機器人還有一個很大的功能支撐技術(shù),它對制造業(yè)、對國防安全、對日常生活有巨大的支撐作用,這是機器人和其他產(chǎn)品的巨大差別。機器人的持續(xù)性,任何技術(shù)和 產(chǎn)品都有它的發(fā)展階段和生命周期,但機器人幾乎看不到它的終點,應該是伴隨人類社會的發(fā)展而發(fā)展和持續(xù)。
曲道奎指出,過去機器人和人必須要獨立、分離,現(xiàn)在利用感知系統(tǒng),機器人完全可以跟人進行交互、協(xié)同。機器人新的定義或者是重新定義,開辟了機 器人發(fā)展新的時代,傳統(tǒng)的機器人我們認為從技術(shù)層面已經(jīng)走到盡頭,但是機器人的產(chǎn)品還會持續(xù)十年、十五年,因為中國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與國際發(fā)展相比,具有一定的 錯位和滯后性。機器人現(xiàn)在已經(jīng)不單單是在制造業(yè),已經(jīng)進入人類生活的各個領(lǐng)域。更關(guān)鍵的一點,現(xiàn)在傳統(tǒng)的機器人已經(jīng)進入到低附加值的時代。我國現(xiàn)在正處在 機器人轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點上,傳統(tǒng)機器人需要升級換代,新的機器人產(chǎn)品逐漸成熟進入市場。相信中國機器人產(chǎn)業(yè)的機遇要遠遠大于挑戰(zhàn)。
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機器人技術(shù):科學與工程的融合
IEEE自動化與機器人學會主席RajaChatila認為,機器人是一個比較特殊的領(lǐng)域,它實現(xiàn)了科學與工程的融合。它們可以替代人類在非常 復雜、有害的環(huán)境中工作,并且可以提供幫助,協(xié)助人類在家里、在工作場所,協(xié)助人類尤其是殘障人士,并可以實現(xiàn)人類的復健等,這都是非常好的應用。那么如 何才能讓這些功能更加高效并拓展到真實世界當中呢?
對于機器人來講,它們是如何做到的呢?通過建立一個大腦模型,可以實現(xiàn)在科學以及工程之間的連接融合,因為可以使用來自于最新的在科學當中的發(fā) 現(xiàn),建立更好的機器人系統(tǒng),同時這一點是很重要的,使用機器人系統(tǒng),更好地去理解或者設計一些數(shù)學的模型,去解釋到底人類的大腦中,在自然世界當中發(fā)生了 什么。
通過研究人類控制學,還有對于人類的步態(tài)以及動作的控制,可以更好地理解如何進行仿人機器人設計,讓它能夠在不同的限制和環(huán)境中完成更加復雜的 工作,實現(xiàn)全面的身體控制,也就是實現(xiàn)走動,以及實現(xiàn)日常的人類能夠做出的動作的模擬,操縱物體,并且能夠?qū)⒉煌潭鹊淖杂啥群陀|動器結(jié)合在一起,先進系 統(tǒng)的代表控制不同程度的自由度,將自由度集成到一個全面控制并且能夠非常流暢的一個架構(gòu)當中去。
另外一個重要的部分,對于機器人來講它和生物都是有可能會出問題或者造成損害的。所以讓機器人能夠進行適應和在破壞后的重新配置,讓它能夠像人或者生物一樣能進行自我修復。
此外,如何理解環(huán)境,如何理解周圍的環(huán)境、如何理解要操縱的物體?人類試圖理解周圍的物體,不僅對它們進行觀察同時對它們進行操縱。對于觀察和 操縱就意味著觀感以及行動,這些都可以集成在一起,機器人能夠理解周圍的物體的承受性,不僅是看起來是怎么樣的,還要真正理解它周圍所處的環(huán)境。
RajaChatila指出,機器人和人類一樣它們彼此必須要進行互動也要與人類進行互動,這是非常重要的一個問題,機器人需要幫助人類做一些行動,完成一些工作,它們必須和人類進行有效互動,而且機器人必須要能夠去計劃它們的行動,要能夠?qū)θ祟愖龀鲰憫?/p>
正因為如此,機器人必須和人類有共同點,共同的完成任務。共同點意味著它們能夠了解人類的一些指令,了解人類希望它們做些什么,這樣它們可以高 效的和人類互動,而且對于人類合作伙伴來說,機器人的行動必須讓人類感到舒服,這也是人類和機器人之間互動的基礎。這種互動還有設身處地為他人著想非常重 要,從這里我們能夠看到人類和機器人有共同的一些任務,機器人幫助人類清理桌子,人會將一些物體放到機器人手中,因此機器人和人類必須在共同完成任務時相 互幫助。這是基于共同行動理論的。這個理論是來自哲學家和心理學家的,他們研究了人的行動和與人的互動。要進行互動,當然人所要做的事情會減少,因為人類 希望機器人能夠幫助做事情,而不僅僅是和人類共同完成工作。
RajaChatila指出,來自工程學和神經(jīng)學當中的一些理論和模型是彼此的相互補充,能夠促進彼此的增長和發(fā)展,促進了機器人系統(tǒng)的進一步 發(fā)展,能夠促進機器人進行很好地控制或者更好的感知,做出更好的決定,學習與人類進行互動,同時可以使機器人更好地了解自然的流程,可以把科學和機械學進 行整合。機器學不僅僅是對于神經(jīng)學的應用來說是非常獨特的,機器人學也是一個非常獨特的領(lǐng)域,它可以把科學和工程結(jié)合在一起,可以讓我們了解到我們的生 活、了解到人類。同時在工程學方面我們創(chuàng)建機器,這些機器可以促進人類進一步發(fā)展,能把科學和工程在機器人身上合二為一、融為一體。