□文/趙杰

趙杰哈爾濱工業(yè)大學(xué) 教授 博士生導(dǎo)師“863計(jì)劃”智能機(jī)器人主題專家組 組長(zhǎng)

當(dāng)前全球制造業(yè)正處于全新的變革時(shí)期，未來(lái)制造方式會(huì)徹底改變，個(gè)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(jī)器人必將在新的制造模式下發(fā)揮不可替代的作用。

目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人所能完成的工作范圍有限，無(wú)法適應(yīng)未來(lái)的制造方式，新一代機(jī)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(lái)工廠帶來(lái)巨大變化，甚至改變?nèi)蚋?jìng)爭(zhēng)格局。

背景與產(chǎn)業(yè)需求

加速機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展體現(xiàn)了國(guó)家意志和戰(zhàn)略

隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本快速上漲，人口紅利優(yōu)勢(shì)喪失，這種陳舊的制造模式受到了巨大沖擊，采用機(jī)器人代替勞動(dòng)力已成為中國(guó)新的比較優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人已從“備選”成為“必選”，倒逼中國(guó)加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提升制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要路徑。

圖1　Rethink公司研制的Baxter

傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)的局限性制約了機(jī)器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展

傳統(tǒng)機(jī)器人工作于靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化、確定性的無(wú)人環(huán)境中，以固定時(shí)序完成重復(fù)性作業(yè)，這種機(jī)器人的工作特點(diǎn)在于空間相對(duì)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。全球化的細(xì)分市場(chǎng)、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(gè)性化成為新興制造業(yè)的顯著特點(diǎn)，也是未來(lái)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。柔性制造、個(gè)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(jī)器人。這些新的巨大需求是傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)不具備的?？梢?jiàn)，傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)的局限性制約了機(jī)器人應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展。

下一代智能機(jī)器人為我國(guó)快速趕超國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了機(jī)遇

美國(guó)在2013年公布的機(jī)器人路線圖中提出了“Robotic Partner”，歐盟在2014年公布的“地平線2020計(jì)劃”提出了“Co-Worker”，他們均為下一代智能機(jī)器人勾畫(huà)出發(fā)展前景。而美國(guó)Rethink公司研制的Baxter、德國(guó)宇航中心的Justin、KUKADLR研制的LWR-IV機(jī)器人、ABB公司的YuMi等則展示出下一代智能機(jī)器人的原型。我國(guó)在下一代智能機(jī)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(wú)頂層設(shè)計(jì)，二無(wú)強(qiáng)大資金支持，目前尚無(wú)科技專項(xiàng)計(jì)劃系統(tǒng)性支持。在這種情況下，下一代智能機(jī)器人的研究難以快速發(fā)展。下一代智能機(jī)器人在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家剛剛開(kāi)始研發(fā)，我國(guó)與國(guó)外的差距并不大。這無(wú)疑給我們帶來(lái)了千載難逢的機(jī)遇。如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，從頂層開(kāi)始規(guī)劃，那么我國(guó)在下一代智能機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)方面有望快速趕超國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。

下一代工業(yè)機(jī)器人概念和內(nèi)涵

下一代工業(yè)機(jī)器人是一種可融入人類生產(chǎn)、生活環(huán)境、與人優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作互助，進(jìn)而成為具備可變作業(yè)能力的人類助手型機(jī)器人?！芭c人共融”是下一代工業(yè)機(jī)器人最本質(zhì)的特征。所謂與人共融，是人與機(jī)器人關(guān)系的一種抽象凝練，包括三個(gè)方面的內(nèi)涵：

·任務(wù)融合——人與機(jī)器人相互配合共同完成一個(gè)指定任務(wù)；

·行為融合——人與機(jī)器人在行為上一致、協(xié)調(diào)、互助；

·智能融合——人的智能與機(jī)器人的自主行為能力相融合，提升機(jī)器人智能水平。

行業(yè)面臨多重挑戰(zhàn)

下一代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展瓶頸主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)層面。

技術(shù)層面

盡管機(jī)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(dòng)化機(jī)器范疇。現(xiàn)有的機(jī)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)。

第一，感知與決策?，F(xiàn)有機(jī)器人適用于靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化、確定性的無(wú)人環(huán)境中完成固定時(shí)序、重復(fù)性作業(yè)。新一代工業(yè)機(jī)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(dòng)態(tài)可變的作業(yè)，對(duì)機(jī)器人的傳感、認(rèn)知及規(guī)劃決策能力提出挑戰(zhàn)。

第二，靈巧作業(yè)。現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人主要針對(duì)剛性單一對(duì)象，完成簡(jiǎn)單的抓取移動(dòng)等操作。新一代工業(yè)機(jī)器人作業(yè)/服務(wù)對(duì)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(qiáng)，動(dòng)態(tài)及不確定性更明顯，對(duì)機(jī)器人的材料、驅(qū)動(dòng)、控制及學(xué)習(xí)能力提出挑戰(zhàn)。

第三，人機(jī)共融?，F(xiàn)有工業(yè)機(jī)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(jī)器人將深度融入人類生產(chǎn)及生活。人類與機(jī)器共享空間、物理接觸。安全及良好的交互體驗(yàn)至關(guān)重要，對(duì)機(jī)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)。

產(chǎn)業(yè)層面

我國(guó)制造業(yè)每萬(wàn)名產(chǎn)業(yè)工人所擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，不足國(guó)際平均水平的一半，距制造業(yè)強(qiáng)國(guó)尚有近10倍的增長(zhǎng)空間。汽車(chē)行業(yè)將不再是工業(yè)機(jī)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(gè)行業(yè)將很快成為工業(yè)機(jī)器人需求的領(lǐng)跑者。以電子、生活消費(fèi)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(jī)器人在該領(lǐng)域所能替代人的比例不足20%。下一代工業(yè)機(jī)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(jī)器人專用傳感器依賴進(jìn)口，下一代工業(yè)機(jī)器人與目前工業(yè)機(jī)器人同樣面臨成本居高不下的困境。另一方面，大量勞動(dòng)密集型制造企業(yè)更加關(guān)注投資回報(bào)周期，而下一代工業(yè)機(jī)器人多以雙臂為主、成本更高，這也制約了下一代工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)批量應(yīng)用。

圖2　庫(kù)卡推出首款輕型人機(jī)協(xié)作機(jī)器人LBR iiwa

四項(xiàng)建議

第一，以國(guó)家科技計(jì)劃為依托，開(kāi)展系統(tǒng)謀劃，做好頂層設(shè)計(jì)。我國(guó)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(duì)未來(lái)制造業(yè)新的需求，研究機(jī)器人本質(zhì)安全、情境認(rèn)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(jī)器人的變革性技術(shù)，開(kāi)展下一代機(jī)器人的核心技術(shù)儲(chǔ)備，引領(lǐng)市場(chǎng)需求需要，探索以人工智能為基礎(chǔ)的新的基礎(chǔ)研究。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。

第二，整合協(xié)同創(chuàng)新資源，完善創(chuàng)新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，我國(guó)可進(jìn)一步整合創(chuàng)新資源，盡快制定各類科技資源的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立促進(jìn)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(jī)制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用的深度融合。同時(shí)，我國(guó)要進(jìn)一步完善創(chuàng)新型企業(yè)的評(píng)價(jià)體系和政策激勵(lì)體系，鼓勵(lì)創(chuàng)新型企業(yè)加強(qiáng)體制與機(jī)制創(chuàng)新，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，強(qiáng)化知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，開(kāi)展專利布局研究，實(shí)施品牌戰(zhàn)略，鼓勵(lì)高校、科研院所以多種形式參與創(chuàng)新型企業(yè)的建設(shè)。

圖3　ABB公司研制的YuMi機(jī)器人

第三，以商業(yè)模式為中心，創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)，帶動(dòng)服務(wù)性產(chǎn)業(yè)。實(shí)行創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，本身就是一個(gè)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。每一個(gè)新市場(chǎng)，往往有一個(gè)新的商業(yè)模式。一種新的商業(yè)模式產(chǎn)生以后，又會(huì)帶來(lái)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(dòng)了新產(chǎn)品的研發(fā)，也帶動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)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。

第四，以國(guó)際合作為手段，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，促進(jìn)能力的提升。自主創(chuàng)新要在全球資源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式創(chuàng)新，可通過(guò)采購(gòu)、并購(gòu)獲取關(guān)鍵技術(shù)，也可在基礎(chǔ)研究上開(kāi)展廣泛的國(guó)際合作，特別是在人工智能等方面。我們應(yīng)鼓勵(lì)外企把研發(fā)中心建到中國(guó)，不懼競(jìng)爭(zhēng)。機(jī)器人的市場(chǎng)很大，我們不能固步自封。我們應(yīng)當(dāng)抱著更開(kāi)放的市場(chǎng)心態(tài)，在全球化競(jìng)爭(zhēng)中凸顯優(yōu)勢(shì)，提升能力。