機(jī)器人，當(dāng)代的工業(yè)之魂。
考察過(guò)近代工業(yè)制造的發(fā)展歷程，就可以理解機(jī)器對(duì)加工制造業(yè)的意義之重。1784年，蒸汽機(jī)的誕生成為第一次工業(yè)革命的里程碑，由此產(chǎn)生了新一代的蒸汽動(dòng)力引擎，帶動(dòng)了第一次工業(yè)革命。蒸汽動(dòng)力引擎是結(jié)合了工、技、貿(mào)的“科技化+工業(yè)化”，奠定了工業(yè)時(shí)代成功的基礎(chǔ)。
同樣的，在今天，科技化與工業(yè)化的結(jié)合也會(huì)促進(jìn)新一時(shí)期工業(yè)時(shí)代的發(fā)展。在以信息化、數(shù)字化為特征的新興技術(shù)里，工業(yè)機(jī)器人的力量不可小覷——工業(yè)機(jī)器人扮演了怎樣的角色？工業(yè)機(jī)器人只是純粹的技術(shù)嗎？發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，又需要面對(duì)多少挑戰(zhàn)？
工業(yè)機(jī)器人的最大貢獻(xiàn)
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，能夠自動(dòng)執(zhí)行工作。作為依賴自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器，它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。
事實(shí)上，從古至今，人類一直在研究如何減少工作量的方法，盡量使工作更加方便快捷又不失質(zhì)量地高效完成。早在三千多年前的西周時(shí)代，我國(guó)就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能也是世界上最早的“機(jī)器人”。
近代以來(lái)，伴隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機(jī)械裝置不斷被發(fā)明與應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人呼之欲出。上世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入了使用化階段。1960年，美國(guó)AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機(jī)器人，可作點(diǎn)位和軌跡控制，成為世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。
上世紀(jì)70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人得到了迅速發(fā)展。這段時(shí)期的機(jī)器人具有記憶、存儲(chǔ)能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，但對(duì)周圍環(huán)境基本沒(méi)有感知與反饋控制能力。這種機(jī)器人也被稱作第一代機(jī)器人。
進(jìn)入80年代，隨著傳感技術(shù)，包括視覺(jué)傳感器、非視覺(jué)傳感器（力覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)等）以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，有感覺(jué)的第二代機(jī)器人應(yīng)技術(shù)而生。第二代機(jī)器人已經(jīng)能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的部分有關(guān)信息，進(jìn)行一定的實(shí)時(shí)處理，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。
第三代機(jī)器人也就是目前的“智能機(jī)器人”。智能機(jī)器人不僅具有比第二代機(jī)器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進(jìn)行工作。智能機(jī)器人是智能制造的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)和打造智慧工廠的重要利器。
工業(yè)機(jī)器人是智能制造的關(guān)鍵一環(huán)。究其原因，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，能夠協(xié)助解決制造過(guò)程中的問(wèn)題是首先要考慮的。或者說(shuō)，正如過(guò)去的任何一次工業(yè)革命中，機(jī)器對(duì)生產(chǎn)率的提高一樣，工業(yè)機(jī)器人最大的貢獻(xiàn)是在于對(duì)制造業(yè)生產(chǎn)力的改善而不是機(jī)器人自身的獲利。
究其原因，工業(yè)機(jī)器人的智能部分可以以“代理”的方式來(lái)看——任務(wù)分配至控制系統(tǒng)的底層進(jìn)行處理，加上傳感器、視覺(jué)影像、邏輯控制與通信共同協(xié)作而達(dá)成底層級(jí)（或稱為核心層）的精簡(jiǎn)有效的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)里眾多的“代理”相互溝通進(jìn)而產(chǎn)生了一個(gè)群體智能。
這個(gè)群體智能可以應(yīng)用在各種各樣的生產(chǎn)活動(dòng)中，可以是在不同的單品生產(chǎn)線中，也可以在不同的生產(chǎn)規(guī)模中，包括使用在一些柔性生產(chǎn)線上。將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)線上，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以改善工作環(huán)境，保證工人的生命安全，同時(shí)減少原材料的損耗，從源頭降低了工業(yè)成本。
自德國(guó)首先于2011年提出以智能制造為核心的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略之后，以智能化為標(biāo)志的第四代工業(yè)革命就在全球范圍內(nèi)蓬勃展開(kāi)。其中，工業(yè)機(jī)器人作為工業(yè)化和信息化的完美結(jié)合，以其天然的數(shù)字化特性，打通了單個(gè)生產(chǎn)設(shè)備到整個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的連接，進(jìn)而支撐起第四次工業(yè)革命豐富多彩的應(yīng)用場(chǎng)景。
如果說(shuō)，過(guò)去二十年互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展聯(lián)通了我們每一個(gè)人，那么未來(lái)二十年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將會(huì)聯(lián)通每一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，從而帶來(lái)生產(chǎn)效率乃至生產(chǎn)方式的全面革新。
政策孵化，技術(shù)與需求共振
合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)訾斌在CAIRDC2021中國(guó)人工智能與機(jī)器人開(kāi)發(fā)者大會(huì)上表示，“制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的基石，而機(jī)器人被譽(yù)為‘制造業(yè)皇冠頂端的明珠’，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家創(chuàng)新能力與高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。”
當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展風(fēng)頭正勁。工業(yè)和信息化部發(fā)布的《2020年1-12月機(jī)器人行業(yè)運(yùn)行情況》顯示，2020年累計(jì)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人23.7萬(wàn)套，同比增長(zhǎng)19.1%，創(chuàng)下我國(guó)工業(yè)機(jī)器人單年產(chǎn)量最高紀(jì)錄。中國(guó)制造向“中國(guó)智造”升級(jí)中，機(jī)器人正在扮演著越來(lái)越重要的角色。
并且，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局日前發(fā)布的消息也顯示，2021年1-2月份，全國(guó)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量4.54萬(wàn)套，同比增長(zhǎng)117.6%，創(chuàng)下歷年同期新高。
工業(yè)機(jī)器人得以發(fā)展，根本上是由于技術(shù)進(jìn)步規(guī)模效應(yīng)帶動(dòng)工業(yè)機(jī)器人價(jià)格下降。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的初期階段，高昂的價(jià)格一度是阻礙眾多中小企業(yè)購(gòu)置設(shè)備、建設(shè)智能化生產(chǎn)線的主要因素。而隨著國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人帶來(lái)的市場(chǎng)沖擊，制造技術(shù)的進(jìn)步和制造成本的快速下降，工業(yè)機(jī)器人近幾年價(jià)格呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。
以我國(guó)進(jìn)出口價(jià)格和全球價(jià)格為例，我國(guó)進(jìn)口機(jī)器人均價(jià)從2009年的3.00萬(wàn)美元/臺(tái)下降到2016年的1.68萬(wàn)美元/臺(tái)，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為-7.9%；出口均價(jià)從2011年的2.93萬(wàn)美元/臺(tái)下降到2016年的0.52萬(wàn)美元/臺(tái)，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為-29.3%；全球工業(yè)機(jī)器人均價(jià)從2009年的6.33萬(wàn)美元/臺(tái)下降到2016年的4.45萬(wàn)美元/臺(tái)，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為-4.9%。
此外，制造業(yè)方面，人力成本正在不斷提高，對(duì)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)造成明顯沖擊，企業(yè)為壓縮成本轉(zhuǎn)向更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)模式，機(jī)器換人成為大勢(shì)所趨。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，制造業(yè)從業(yè)人員年均工資從2009年的2.68萬(wàn)元增長(zhǎng)至2017年的6.45萬(wàn)元，GAGR11.59%。
同時(shí)，適齡勞動(dòng)人口下降，人口紅利消失倒逼產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從人口結(jié)構(gòu)上看，我國(guó)15-64歲人口占比從2010年的74.50%的高點(diǎn)開(kāi)始下降，到2017年僅為71.82%。從人口自然增長(zhǎng)率看，近15年低位穩(wěn)定于5%左右。這意味著，未來(lái)我國(guó)適齡勞動(dòng)人口占比仍將處于較低水平，對(duì)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化發(fā)展產(chǎn)生迫切需求。
當(dāng)然，工業(yè)機(jī)器人的高速發(fā)展也離不開(kāi)政策的驅(qū)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的發(fā)展最早可追溯到科技部的863項(xiàng)目。2006年2月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，智能機(jī)器人首次被納入前沿技術(shù)中的先進(jìn)制造技術(shù)。之后隨著2015年《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略出臺(tái)并實(shí)施，各級(jí)地方政府積極推進(jìn)地區(qū)規(guī)劃政策落實(shí)，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了迅速發(fā)展。
從制造到應(yīng)用，仍需彌合差距
機(jī)器人替代人工生產(chǎn)是制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，也是未來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的保障。盡管當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人在制造和工業(yè)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用變革勢(shì)頭迅猛，但無(wú)論是從制造業(yè)方面還是應(yīng)用方面來(lái)看，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人與發(fā)達(dá)國(guó)家之間依然存在較大差距。
從制造方面來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人是沿著把自動(dòng)化作為底層技術(shù)，再走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的脈絡(luò)，越往上走，越需要芯片、軟件和算法的助力。而即便自2010年起我國(guó)的制造業(yè)產(chǎn)值就已超過(guò)美國(guó)，規(guī)模發(fā)展水平較高，但質(zhì)量效益并不高，仍然有很大的提升空間。
時(shí)下，發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人制造已經(jīng)進(jìn)入到了智能階段，而我國(guó)還處于入門階段。據(jù)《第一財(cái)經(jīng)》報(bào)道，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人憑借性價(jià)比、渠道等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)占據(jù)了國(guó)內(nèi)很多細(xì)分領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)，但在關(guān)鍵技術(shù)、材料、零部件等方面還是與國(guó)際的先進(jìn)水平有一定差距。
新安裝的機(jī)器人中，有71%的零部件皆來(lái)源于國(guó)外，國(guó)產(chǎn)化率不足30%。其中，在上游最重要的三大零部件——減速器、伺服電機(jī)和控制器中，國(guó)產(chǎn)化率分別約為30%、22%、35%，相對(duì)較低，在產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性等方面依舊存在很大成長(zhǎng)空間。
同時(shí)，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人同質(zhì)化十分嚴(yán)重。現(xiàn)階段，很多工業(yè)機(jī)器人品牌的產(chǎn)品在性能、外觀、技術(shù)甚至是營(yíng)銷手段上都呈現(xiàn)出相互模仿的現(xiàn)象，就連各個(gè)廠商研發(fā)產(chǎn)品的核心技術(shù)和生產(chǎn)目的都是一樣的。因此，縱觀現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，幾乎沒(méi)有什么表現(xiàn)突出、具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人產(chǎn)品。
在應(yīng)用方面，發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)有一套完整的設(shè)備應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)線上，并且在運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人方面已經(jīng)十分熟練，甚至于不需要配備專門的工業(yè)機(jī)器人操作人員，就可以使工業(yè)機(jī)器人完成其運(yùn)行。但是，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用還需要配備專門的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)操作人員，來(lái)輔助完成操作。
日本在十九世紀(jì)二十年代工業(yè)機(jī)器人就已經(jīng)普及，但目前為止，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，正面臨著向高端轉(zhuǎn)變，承接國(guó)際先進(jìn)制造，以及國(guó)際分工等重大挑戰(zhàn)。
工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展創(chuàng)新對(duì)從業(yè)人員提出了更高的要求，而該領(lǐng)域的人才供需失衡的矛盾正日益凸顯。在制造方面，伺服電機(jī)、控制器、減速器成為制約中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸，而我國(guó)這方面的技術(shù)人才極為匱乏。在應(yīng)用方面，相應(yīng)操作維護(hù)、系統(tǒng)安裝調(diào)試、系統(tǒng)集成等工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才缺口很大。
工業(yè)機(jī)器人最大的貢獻(xiàn)就是在于對(duì)制造業(yè)生產(chǎn)力的改善而不是機(jī)器人自身的獲利。隨著控制、驅(qū)動(dòng)和傳感技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人可以處理的工作范圍還在不斷擴(kuò)大，其帶來(lái)的改變將是長(zhǎng)遠(yuǎn)而超越想像的。
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