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“玖柏图业界大咖访谈录”之工业机器人与工业 4.0
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   “玖柏图业界大咖访谈录”是由玖柏图公司主办的一个访谈栏目,邀请在人工智能、硬件、软件、互联网及相关技术有独特见解的“大咖”进行访谈,分享其经验智慧,旨在服务广大“智能硬件”同行,创造思维碰撞的契机。

  第三期访谈于 2016 年 1 月 31 日成功举办。玖柏图邀请杨向东副教授进行访谈。访谈的主题为“工业机器人与工业 4.0”。

  杨向东,清华大学机械工程系副教授博士研究生导师。清华大学精密仪器系与日本九州大学智能机械工学科,联合培养博士。中国自动化学会机器人专业委员会委员;中国机械工程学会高级会员。杨向东副教授围绕特种工业机器人开展研究,成功研制多个系列的工业机器人产品样机,主要成果如下:

  • 大型码垛机器人

  • 电子线路焊接机器人
  • 肝肿瘤消融治疗机器人系统
  • 喷涂机器人
  • 大型自动喷涂系统

  在 1 月 31 日的访谈当中,杨老师给大家分享了他对工业 4.0 、工业机器人等问题的思考。

  主持人(华华):杨老师,这两年非常火热的一个话题就是德国提出的工业 4.0,美国则提出要制造业回归,而中国也提出了“中国制造 2025”计划。那么“中国制造 2025”面对“工业 4.0”有何机会又有何挑战?

  杨老师:我这里谈一下自己的想法:未来 10 年(到 2025 年),对中国制造是严酷的考验。此前三十年,中国制造得到飞速发展,许多行业利用我们的成本优势和第一代农民工优秀的素质独步天下。但是,随着劳动力成本的快速升高,我们积累起来的制造优势正在逐步丧失。低端制造加速外迁,高端制造回归欧美,许多行业产能过剩。因此中国制造转型成为继续发展的必要条件。

  中国制造业目前不能简单地追求高大上,必须从现状出发。多数企业甚至行业首先要补工业 2.0、工业 3.0 的课。然后再谈工业 4.0 的数字化、信息化和智能化。

  我参观了一家上市公司,企业管理软件也有、ISO 认证也做了,但是生产数据就是无法进入企业管理系统。也就是说企业内部高大上的东西都是摆设,相当于修了庞大的高速公路网,但是没有出入口,也没有可以跑高速的车。企业管理还是使用最传统的管理模式,这样的情况在国内制造企业中很常见。

  未来 10 年中国制造业转型的任务难度极大、工作量巨大。但是我们也有机遇。就是我们可以将工业 2.0、工业 3.0 的工作与工业 4.0 的工作合在一起做,就是我们期待的“弯道超车”。 我们可以将工业 4.0 的需求作为工业 2.0、工业 3.0 相关工作的目标,少走弯路。但是问题的关键,是我们的企业家和政府需要务实地补课。

主持人(华华):杨老师,要达到工业 4.0 水准,对工业机器人有什么要求?尤其是在“驱动器”和“传感器”这两方面有什么要求呢?

  杨老师:我理解的工业 4.0,核心是“信息、互联、智能”,可以理解为信息驱动的制造。产品设计、制造、以至于产品本身,都具有鲜明的信息和智能的特征。因此在工业 4.0 中,机器人实质上就是一种能被信息驱动的智能设备,它与高性能的加工中心、物流系统、管理系统没有区别,只是庞大智能制造系统中的普通一员。机器人并不具有鲜明的工业 4.0 标签和身份。

  在“中国制造 2025”框架下,大家格外关注机器人,可能是因为这一领域我们太落后,而且大家认为这是降低成本的灵丹妙药。但是实际可能并不完全是这样。当然,对于工业 4.0,或是未来 10 年中国制造转型对于机器人这类产品的要求,还是值得交流的。

  从工业 4.0 角度,机器人具有更高的智能化是必须的。目前人工智能的发展在提速,突破了前面 20 年的一些瓶颈。因此智能机器人应该是一个巨大的市场。从这个角度看,相关产品的发展将有爆发式的增长。

  但是回到“中国制造 2025”的角度,机器人发展的价值是降低制造成本、助力中国制造转型。从市场需求到肩负的责任,使得中国机器人研究和产品开发都应该围绕中国市场,也就是工业 2.0、工业 3.0、工业 4.0 共存。因此未来五年中国机器人市场与德国、美国应该存在差异。现在一些关于机器人的观点感觉是混淆了许多关键的概念。

  至于伺服电机、伺服驱动器这些产品目前归类到机器人核心零部件,我觉得有些不妥。除了机器人以外,数控机床等众多的自动控制设备都在使用伺服电机。而机器人需要的伺服电机数量在整个伺服电机销量中只占很小的比例。所以伺服电机和驱动器的发展更应该从庞大的自动化产品事业上考虑。

  曾有一个企业家与我交流:富士康要买百万机器人,每个机器人六个伺服电机。这就需要 600 万个伺服电机,所以他认为伺服电机市场非常巨大,他就决定做伺服电机。然后他就找到一家日资电机企业,要求对方为它开发机器人专用的伺服电机。这个故事已经过去许多年,当然这种“机器人专用电机”也没有开发出来,因为伺服电机分类中好像没有“机器人专用”这一类。

  主持人(华华):杨老师,中国的工业机器人可能面临着如下问题:成本过高,重要零件需要进口;很多企业搭着幌子拿补助,却不办事;核心科技的普及化程度不高,很多国内的产品一般只能叫“半自动化机器”,不能叫机器人。您是怎么看待国内工业机器人发展的?我们需要在哪些地方取得突破,才能让中国的工业机器人在国际上有竞争力。

  杨老师:“半个多世纪的发展,目前中国拥有机器人不到 200 万台。而中国一年的汽车产量 2000 万台。机器人作为一个产业几乎可以忽略不计。”

  从中国制造转型的角度来看,中国企业必须导入机器人,而且导入的数量在未来 10 年应该是巨大的。正是因为这个巨大的数量提供了无穷尽的故事话题,也就出现了你说的那些现象。但是我们还是需要冷静地看待这个问题。我们拥有巨大的需求,并不代表我们有能力占领这个市场,更不能宣誓我们一定要占领这个市场。就像美国到处可以买到中国产的服装,但是美国人不担心中国对他做服装封锁,使他们回到赤身裸体的荒蛮时代。因为我们没有必要封锁它,也不可能封锁它,反倒是我们自己服装产能过剩,不得不低价倾销,希望美国人多买几件。我想工业机器人也是这个道理。

  现在国外大的机器人公司纷纷在中国建厂,他们的产量不断增加,局部领域已经出现产能过剩(此前由于饲料行业大规模采用码垛机器人,使得世界范围内的码垛机器人产量大增,现在饲料行业的需求饱和,目前已经出现码垛机器人国内代理和代工企业亏损甚至倒闭的现象)。近五年主要工业机器人产品价格下降幅度很大,在这一领域价格战已经悄然升级(不要看 ABB、KUKA 等厂家的公开报价,拿出菜市场砍价的本领,他们的成交价会令你大吃一惊)。

  在这样的背景下,可以说,中国自己的机器人产品还不能占领自己的市场。机器人行业的四大家族和一群小兄弟已经打得头破血流,中国制造企业正在享受着这轮价格战的盛宴。回头看数控系统就是这个结果。30 余年,中国政府和企业投入巨资研发数控系统。而目前在国内数控系统应用领域唱主角的仍然是国外品牌。

  上面是问题的一个方面,我们还需要从另一方面分析这个问题。就是富士康遭遇的尴尬。董事长慷慨激昂地提出百万机器人计划,甚至出巨资建立机器人研发中心和工厂,最后惨淡收场。原因是什么?是因为中国制造环境、中国制造企业管理、中国制造产品等一系列的特殊性,导致在传统制造领域大显神威的工业机器人在中国的许多劳动密集型行业遭遇尴尬。因此,在中国发展工业机器人,不应该一味跟在别人后面做文章。还是要从弯道超车角度去思考出路和前途。

  说到这个问题,我说一个机器人发展史上重要事件吧。早期的工业机器人,主要用于零部件的搬运。所以机器人的结构形式围绕这种作业要求设计。70 年代以后日本牧野洋教授提出了一种 SCARA 机器人。这种机器人是日本机器人界的骄傲。我一直在想为什么牧野洋能够发明这种机器人?一个重要原因可能是当时日本的电子产品产业迅速发展,电子产品装配自动化的需求。因为 SCARA 就是为电子产品装配设计的。美国当时这个产业不发达,所以美国人没有发明这种机器人。所以我相信,在中国制造独特的需求驱动下,中国机器人产业也应该能创造出独特的机器人产品和机器人应用。这就是在机器人领域的“弯道超车”。当然,在高端智能机器人等领域,我们必须建立我们的研究和产业队伍。

  主持人(华华):Rethink Robotics 公司最近研发出了一个可以代替人们在生产线上工作的机器人——Baxter。杨老师,您是怎么看 Baxter 这样的机器人的?工业机器人普及之后会对社会产生什么影响?那么机器替代人类劳动的时代是否就快来了?

  杨老师:工业机器人之所以能够走进工厂,是因为能够为企业创造效益。Baxter 走进工厂,可能需要一段漫长的历程,主要是因为他的价格。就像谷歌眼镜,产品的定价很重要。

  但是高智能的机器人走入社会,代替人完成相应的特殊工作,这是必然的趋势。但是冰冷的机器人走进社会,一定会带来社会问题。前几年日本就在讨论:在养老院用机器人护士照顾老人,遭到老人的反对。因为老人最大的痛苦不是生活不能自理,而是没有交流的对象和空间。如果每天都能说几句话的护士换成了机器人,老人精神上非常痛苦。因此,机器人代替人不是简单的替代。深层次的问题会有许多。

  主持人(华华):杨老师,最近“谷歌围棋 AI 战胜人类”这则新闻引发了很多讨论,那么“人工智能”的“奇点”是否已经到来,您是怎么看待工业机 器人在“智能”上的发展的?

  杨老师:我在做博士论文期间,是人工智能发展的一个高潮(80 年代—90 年代初),最近听了一些人工智能领域的介绍,感觉近期人工智能确实取得了重大突破。应该说又迎来了一个高潮(正在考虑创业和就业的朋友,值得关注)。谷歌围棋战胜人类(欧洲冠军,水平与世界顶尖高手差距太远),有点炒作,我觉得这个软件水平不是太高,与当年战胜国际象棋世界冠军的深蓝应该还有差距(计算速度肯定更快了,但是算法方面应该还需要提高)。

  但是肯定有一天围棋软件能够打败围棋世界冠军。而且有人预测未来某一年机器人足球队能够打败世界杯的冠军队,这个我也相信。人工智能利用计算机的计算速度,在许多方面都能够超过人类。计算机也将成为人类大脑的延伸。

  但是对人工智能过分迷信,也大可不必。此前有报道说:研制成功编辑机器人,可以代替记者和编辑写新闻稿。我觉得这就有点胡说了。因为文字、语言是人类思想的体现。优秀的记者和作家的文字体现的是他们的世界观和思想,因此才有千古传颂的优秀的文学作品。这些恐怕人工智能难以达到。工业机器人追加智能化是必然趋势。这也是工业 4.0 的必要条件。加什么?怎么加?也许是中国机器人产业弯道超车的一条道路。

  主持人(华华):好的,访谈前半部分就到这里吧,群里的朋友可以自由向杨老师提问了。

  群成员:杨老师,工业机器人的灵活性是应用的重大制约。请问灵巧性(手爪的灵活性)有没有突破可能或者寻找到一个突破的方向?

  杨老师:机器人的六个自由度(指手臂),决定了他的运动能力,但不代表操作能力。手爪性能决定了操作的能力,也就是你说的灵巧性。目前许多应用都受到手爪的灵活性制约。这是需要大力研究的地方。从工业应用角度,最大的问题是手爪和智商的问题。所以研究面向应用的高性价比的手爪和传感器,应该是工业机器人发展的关键。

  手爪的结构是最难解决的,所以我想手爪应该是面向应用的而不是万能的。面向特定应用,手爪的成本会降低。但是它又会受限制在相应应用领域。这是一对矛盾,ABB 很多年前研究机器人装配鼠标,但是无论如何没有人快,就是因为人手比机器人手爪灵活。

  主持人(华华):好的,今天的访谈就到这里了,期待下一期的“玖柏图业界大咖访谈录”。

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