《科技创新与品牌》杂志社第一看点

中国工业4.0,机器人来了……

  

  具备提供康复功能、生命体征监测、应急救护、北斗定位、云数据后台服务等诸多智能服务的康复机器人,能聊天的美女情感机器人,能打乒乓球的运动机器人……ABB、库卡、安川、新松、黑龙江燎原、广数、DARPA机器人挑战赛HUBO等120多家国内外知名企业及先进产品震撼亮相。各种扫地机器人、擦玻璃机器人、送餐机器人、幼教机器人、养老机器人、助残机器人,在语音服务区、智慧生活区、探知未来展区悉数登场。
  2015年世界机器人大会11月23日在北京举行,这是中国首次举办关于机器人的国际性大会。中国国家主席习近平向会议发来贺信指出:以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现代科技创新的一个重要标志。中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。
  这场由中国科学技术协会、工业和信息化部、北京市政府共同主办的机器人大会,其背后蕴藏的信息是中国已经连续两年成为全球最大的工业机器人市场。2014年,中国工业机器人保有量占到全球的四分之一。
  20世纪,人类取得了辉煌的成就,从量子理论、相对论的创立,原子能的应用,脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现,到信息技术的腾飞,人类基因组工作草图的绘就,世界科技发生了深刻的变革。信息技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、海洋技术、航空航天技术等都取得了重大突破,极大地提高了社会生产力。
  机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一,自60年代初问世以来,经历40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生—成长—成熟期后,已成为制造业中不可少的核心装备,世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀,由于其用途广泛而大有后来居上之势,仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世,而且正以飞快的速度向实用化迈进。


  机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年的历史。人类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人类完成各种工作。
在中国,原始机器人雏形甚至可以上溯到西周时期,我国的能工巧匠偃师就研制出了能歌善舞的伶人,这是我国最早记载的机器人。
  春秋后期,我国著名的木匠鲁班,在机械方面也是一位发明家,据《墨经》记载,他曾制造过一只木鸟,能在空中飞行“三日不下”,体现了我国劳动人民的聪明智慧。
  公元前2世纪,亚历山大时代的古希腊人发明了最原始的机器人—自动机。它是以水、空气和蒸汽压力为动力的会动的雕像,它可以自己开门,还可以借助蒸汽唱歌。
  1800年前的汉代,大科学家张衡不仅发明了地动仪,而且发明了计里鼓车。计里鼓车每行一里,车上木人击鼓一下,每行十里击钟一下。
  后汉三国时期,蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了“木牛流马”,并用其运送军粮,支援前方战争。
  1662年,日本的竹田近江利用钟表技术发明了自动机器玩偶,并在大阪的道顿堀演出。
  1738年,法国天才技师杰克·戴瓦克逊发明了一只机器鸭,它会嘎嘎叫,会游泳和喝水,还会进食和排泄。瓦克逊的本意是想把生物的功能加以机械化而进行医学上的分析。
  在科技界,科学家会给每一个科技术语一个明确的定义,但机器人问世的几十年间,机器人的定义仍然仁者见仁,智者见智,没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展,新的机型,新的功能不断涌现。
  1886年法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”(android)。
  进入20世纪后,机器人的研究与开发得到了更多人的关心与支持,一些适用化的机器人相继问世。1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“电报箱”,并在纽约举行的世界博览会上展出。它是一个电动机器人,装有无线电发报机,可以回答一些问题,但该机器人不能走动。1959年第一台工业机器人(可编程、圆坐标)在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。
  1946年第一台数字电子计算机问世以来,计算机取得了惊人的进步,向高速度、大容量、低价格的方向发展。
  大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展,其结果之一便是1952年数控机床的诞生。与数控机床相关的控制、机械零件的研究又为机器人的开发奠定了基础。
  1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为:“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统,并以此系统的使用方法作为研究对象。”
  1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。”
  中国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。”

  
  中国机器人行业正在经历井喷,截至2014年底,机器人相关企业数量已经超过4000家。中国正在成为全球机器人增长速度最快的市场。
  产业创新弱、产业相对小、竞争力差—这是一个国际机器人组织曾经对中国机器人产业的评价。
  中国对机器人的研究始于上世纪70年代,先后经历了原型和示范、产业化阶段。工信部装备工业司机械处处长王建宇在2015世界机器人大会上说,2010年以后,我国机器人装机容量逐年递增,开始向机器人全产业链发展,2014年我们的市场达到了5.8万台,占全球市场1/4,预测到2020年左右,市场的保有量达到80万台。
  在此之前,四大巨头主宰全球工业机器人行业。瑞典ABB、德国库卡(KUKA)、日本发那科(FANUC)、日本安川(YASKAWA),这四家公司的市场占有率达60%,而在中国,这一比率更高。
日本的机器人产业发展令人惊讶。
  1967年日本成立仿生机构研究会,同年召开了日本首届机器人学术会,这甚至比1970年在美国召开的第一届国际工业机器人学术会议还早了三年。1980年,工业机器人在日本普及,日本称该年为“机器人元年”。随后,工业机器人在日本得到了巨大发展,日本也因此而赢得了“机器人王国”的美称。
  2012年,日本发那科、德国库卡等公司在中国的机器人销量均超过100%,多家尚未在中国设工厂的国际领先机器人厂家也酝酿在中国布局。而中国的工业机器人制造企业则相对处在弱势,市场占有率不高。其中,沈阳新松等老牌企业发展相对较好,具有一定的比较优势。
  国内企业中,拥有百台以上制造能力的企业也仅有沈阳新松、广州数控、安徽埃夫特、上海沃迪、东莞启帆(台资)等几家,与外资企业上万台的销售规模差距明显。
  2011年四大巨头中ABB销售规模达到近380亿美元(含电力及其他自动化产品),其中在中国销售收入超过50亿美元,而同期我国工业自动化领域龙头企业产值规模仅8亿元人民币,差距甚大。
2015年,中国有几个概念非常火,第一是大众创业、万众创新,第二是工业4.0,第三是“互联网+”。“互联网+”是巨大无比的概念,“互联网+”里面有“互联网+金融”叫做互联网金融、“互联网+零售”、“互联网电子商务”,而“互联网+制造”就是工业4.0。它将推动中国制造向中国创造转型,所以很多人说,工业4.0是整个中国时代性的革命。
  其实工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助,投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂,在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。
  工业4.0已经进入中德合作新时代,中德双方签署的《中德合作行动纲要》中,有关工业4.0合作的内容共有4条,第一条就明确提出工业生产的数字化就是“工业4.0”对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为,两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。
  2015年,中国版工业4.0规划—《中国制造2025》行动纲领出台。其中提到,中国要大力推动优势和战略产业快速发展机器人,包括医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人的应用需求。
在机器人产业上,服务型机器人将比工业型机器人获得更大市场。全球工业机器人在未来几年增长速度为6%,服务型机器人则以17%的速度增长。在细分领域,超过10万台专业服务机器人将被安装,价值规模达到189亿元。
  化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与,力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者,同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
  实际上,当前就制造业向“智造业”的转型发展已成为共识,国内南方所出现的“机器换人”的大潮便是一个典型代表。在产品生命周期缩短、消费者个性化需求提高的今天,传统的那一套大规模流水线工业已经跟不上节奏—智能手机的更新换代已被压缩到1年以内,连汽车的更新周期也减少到了3年,灵活、快速及可以随时变化升级的生产线为工业机器人提出了新的要求,也提供了新的机遇。


  工信部和中国工程院把中国版的工业4.0的核心目标定义为“智能制造”,这个词表述非常准确。由智能制造再延伸到具体的工厂而言,就是智能工厂。“智能制造”、“智能工厂”是工业4.0的两大目标。
  在2015世界机器人大会开幕当天举行了主旨报告会中,国际机器人联盟主席Arturo Baroncelli在题为《全球机器人调研:正在征服世界的机器人》演讲中表示,人们在很多领域已经看到机器人的身影,它们可以替代人类在非常复杂、有害的环境中工作,可以帮助残障人士进行康复。从工业机器人的数据看,2014年全球销售的工业机器人达到23万台,今年将有15%的增长。按区域划分,亚洲是工业机器人使用最多的地区,占世界范围内机器人使用的50%。
  2015年7月在安徽合肥举行的2015年世界杯机器人大赛中,来自澳大利亚新南威尔士大学的机器人团队打败德国队连续第二年夺得冠军。这从一个侧面也反映了澳大利亚智能机器人的发展程度。
在澳大利亚劳动密集型行业中,机器人的应用非常明显。近几年来,澳大利亚的建筑行业一直在抱怨,宣称找不到合适的砌砖工人,哪怕在近半年来,全世界很多媒体都曾经报道过,澳大利亚砌砖工人惊人的收入,但是澳大利亚砌砖工仍然供不应求。在这种情况下,澳大利亚推出了智能砌砖机器人,这种机器人可以根据预定的图纸,自行计算出每一块砖应该放置的位置,然后昼夜不停的砌砖盖房子。算下来,一个砌砖机器人,平均每两天就能够建好一栋房子,一年可以建150栋房子,效率远远高于普通的砌砖工人。
  而在农业方面,悉尼大学研制出来的一台名为“瓢虫”的机器人,能够自动为农田除草,分析土壤当中的化肥成份,除害虫以及收割等一条龙服务。
  有趣的是,澳大利亚人不仅将机器人运用到生产中,甚至有人突发奇想,让机器人替自己排队、第一时间抢到了最新的苹果手机。今年9月,苹果的6S手机出来的时候,澳大利亚悉尼的一位女士居然想出来让一台排队机器人代替她和一众苹果粉丝一起在店门口排队。为了让这个机器人更加的拟真,这位女士甚至在机器人的顶端安放了一个平板电脑,然后用摄像头连接自己的头像,如此一来,不但这台机器人可以为她排队,同时通过摄像头她还可以队伍前后的队友聊天,只不过人家是在寒冷的夜晚,而她是躺在舒适的家中,最后队伍当中其他人都认可了她的这种行为,她也顺利的排在第四顺位拿到了苹果6S手机。
  “工欲善其事,必先利其器。”人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中,不断地创造出各种各样为人类服务的工具,其中许多具有划时代的意义。作为20世纪自动化领域的重大成就,机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物,人力是第一资源,这是任何其它物质不能替代的。
  工业时代4.0这条路刚刚开始,但给了我们大概的方向,未来企业会变成数据的企业、创新的企业、集成的企业、不断快速变化的企业。对于整个制造业来说,这是一个巨大的颠覆,称之为“工业革命”,毫不为过。