兩周前,造車的特斯拉突然成為了機(jī)器人圈內(nèi)的熱點,馬斯克在特斯拉AI Day的結(jié)尾以一個彩蛋的形式宣布特斯拉正在開發(fā)的人形機(jī)器人,立時引起人們的熱議。馬斯克提到,這款人型機(jī)器人最早會在2022年投放市場,而就機(jī)器人行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看,這無疑又是一個激進(jìn)的目標(biāo)。

上周,特斯拉公開招聘與機(jī)器人相關(guān)的職位,包括機(jī)械工程師-執(zhí)行器集成、機(jī)械工程師-制動器齒輪設(shè)計、高級人形機(jī)電機(jī)器人架構(gòu)師、高級仿人建模機(jī)器人架構(gòu)師。而在9月1日,特斯拉又發(fā)布了8個與其人形機(jī)器人Tesla Bot的相關(guān)的招聘崗位。特斯拉連續(xù)幾次發(fā)布招聘,確實有了實干的氣氛。

無論馬斯克的人形機(jī)器人制造計劃能否如期完成,馬斯克作為科技創(chuàng)新界的頂流,都再一次把智能機(jī)器人推到了大眾面前,引起更大范圍的討論。機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀究竟如何?走向未來的機(jī)器人又還需要克服怎樣的關(guān)卡?

從想像到現(xiàn)實

機(jī)器人,作為人工智能的技術(shù)代表,也是當(dāng)前所有先進(jìn)技術(shù)中最特殊的技術(shù)。

事實上,“機(jī)器人”一詞,從誕生開始就超越了科學(xué)技術(shù)的范疇,進(jìn)入社會心理的視野,成為百年來大眾文化消費中的主要題材之一。在數(shù)千年前的神話故事、文學(xué)想象中的機(jī)器人形象身上,人們可以尋找到人類對機(jī)器人的情感變化歷程。這也是人機(jī)關(guān)系形成的線索之一。

在古希臘羅馬時期,原始機(jī)器人以活雕像和各種“神奇”的機(jī)器的形態(tài)存在:只要往石雕的獅身鷹頭張開的大嘴里扔進(jìn)八枚硬幣,“圣水”便會自動從石獸的眼睛里流出來。祭司在廟宇前點燃圣火,廟宇的大門便會按照現(xiàn)代工程師的說法“自動”開啟。亞歷山大城的赫龍和希臘時代的其他機(jī)械師們制作的雕塑,常常成為迷信祭祀的偶像。

關(guān)于機(jī)器人的“可靠”的記載,最初出現(xiàn)在著名的荷馬史詩《伊利亞特》里。其中,荷馬描繪了一個黃金做成的女人幫助煉鐵神赫淮斯托斯的故事。顯然,對于現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人祖先們的故事,常常帶有濃厚的神話傳奇色彩。這與其說是在記載事實,不如說是人類的一種美妙幻想。

在技術(shù)不斷追逐人類想象的歷史進(jìn)程下,1939 年紐約世博會上首次展出了由西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro,但它只是掌握了簡單的語言,能行走、抽煙,并不能代替人類做家務(wù)。

20世紀(jì)40-50年代,美國許多國家實驗室進(jìn)行了機(jī)器人方面的初步探索。1954年,美國的 George Charles Devol設(shè)計并制作了世界上第一臺機(jī)器人實驗裝置,發(fā)表了《適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人》一文,并獲得了專利。機(jī)器人終于從想像過渡到現(xiàn)實,并開始了發(fā)展。

進(jìn)入80年代后,隨著計算機(jī)、傳感器技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)具備了初步的感知、反饋能力,在工業(yè)生產(chǎn)中開始逐步應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人首先在汽車制造業(yè)的流水線生產(chǎn)中開始大規(guī)模應(yīng)用。隨后,諸如日本、德國、美國這樣的制造業(yè)發(fā)達(dá)國家開始在其他工業(yè)生產(chǎn)中也大量采用機(jī)器人作業(yè)。

近年來,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)取得了前所未有的“大躍進(jìn)”,朝著越來越智能的方向發(fā)展,多種傳感器得到的信息在機(jī)器人中進(jìn)行融合,使得機(jī)器人越來越能夠有效的適應(yīng)變化的環(huán)境,具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和自治功能。

隨著勞動力成本的不斷提高、技術(shù)的不斷進(jìn)步,各國陸續(xù)進(jìn)行制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級,出現(xiàn)了機(jī)器人替人的熱潮。同時,機(jī)器人技術(shù)發(fā)展日新月異,服務(wù)機(jī)器人也開始走進(jìn)普通家庭的生活。世界上許多機(jī)器人科技公司都在大力發(fā)展機(jī)器人技術(shù),機(jī)器人的特質(zhì)與有機(jī)生命已經(jīng)越來越接近。

工業(yè)機(jī)器人正領(lǐng)航發(fā)展

機(jī)器人是綜合了機(jī)械、電子、計算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)、仿生學(xué)等多種學(xué)科的復(fù)雜智能機(jī)械。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域,又可大致分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人三類。其中,工業(yè)機(jī)器人占比最大,是智能制造行業(yè)發(fā)展的重要推動力。

考察過近代工業(yè)制造的發(fā)展歷程,就足以理解機(jī)器對加工制造業(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,蒸汽機(jī)被可靠地使用,產(chǎn)生了新一代的蒸汽動力引擎,帶動了第一次工業(yè)革命。

結(jié)合了工、技、貿(mào),的“科技化+工業(yè)化”,奠定了工業(yè)時代成功的基礎(chǔ)。同樣的,在今天,科技化與工業(yè)化的結(jié)合也會促進(jìn)新一時期工業(yè)時代的發(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)器人的力量也不可小覷。

工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為智能制造的關(guān)鍵一環(huán)。究其原因,對于工業(yè)機(jī)器人來說,能夠協(xié)助解決制造過程中的問題是首先要考慮的。或者說,正如過去的任何一次工業(yè)革命中,機(jī)器對生產(chǎn)率的提高一樣,工業(yè)機(jī)器人最大的貢獻(xiàn)是在于對制造業(yè)生產(chǎn)力的改善而不是機(jī)器人自身的獲利。

工業(yè)機(jī)器人的智能部分可以以“代理”的方式來看——任務(wù)分配至控制系統(tǒng)的底層進(jìn)行處理,加上傳感器、視覺影像、邏輯控制與通信共同協(xié)作而達(dá)成底層級(或稱為核心層)的精簡有效的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)里眾多的“代理”相互溝通進(jìn)而產(chǎn)生了一個群體智能。

這個群體智能可以應(yīng)用在各種各樣的生產(chǎn)活動中,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,同時減少原材料的損耗,從源頭降低了工業(yè)成本。

對于中國來說,當(dāng)前,工業(yè)機(jī)器人發(fā)展似乎風(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)運行情況》顯示,2020年累計生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人23．7萬套,同比增長19．1%,創(chuàng)下中國工業(yè)機(jī)器人單年產(chǎn)量最高紀(jì)錄。

根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的消息,2021年1-2月份,全國規(guī)模以上的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量4．54萬套,同比增長117．6%,創(chuàng)下歷年同期新高。中國制造向“中國智造”升級中,機(jī)器人正在扮演著越來越重要的角色。

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)帶動工業(yè)機(jī)器人價格下降。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的初期階段,高昂的價格一度是阻礙眾多中小企業(yè)購置設(shè)備、建設(shè)智能化生產(chǎn)線的主要因素。隨著國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人帶來的市場沖擊,制造技術(shù)的進(jìn)步和制造成本的快速下降,工業(yè)機(jī)器人近幾年價格呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

此外,制造業(yè)方面,人力成本正在不斷提高,對勞動密集型產(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)器換人成為大勢所趨。同時,適齡勞動人口下降,人口紅利消失倒逼產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這意味著,未來中國適齡勞動人口占比仍將處于較低水平,對產(chǎn)業(yè)自動化發(fā)展產(chǎn)生迫切需求。

在多方面影響下,工業(yè)機(jī)器人自然也就呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢。

在機(jī)器人賦能百業(yè)之前

機(jī)器人替代人工生產(chǎn)是制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢,是實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ),也是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。盡管當(dāng)前中國工業(yè)機(jī)器人在制造和工業(yè)設(shè)施領(lǐng)域的應(yīng)用變革勢頭迅猛,但無論是從制造業(yè)方面還是應(yīng)用方面來看,中國工業(yè)機(jī)器人與發(fā)達(dá)國家之間依然存在較大差距。

從制造方面來看,工業(yè)機(jī)器人是沿著把自動化作為底層技術(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年起中國的制造業(yè)產(chǎn)值就已超過美國,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。

時下,發(fā)達(dá)國家的工業(yè)機(jī)器人制造已經(jīng)進(jìn)入到了智能階段,而中國還處于入門階段。據(jù)《第一財經(jīng)》報道,國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人憑借性價比、渠道等優(yōu)勢,已經(jīng)占據(jù)了國內(nèi)很多細(xì)分領(lǐng)域的大部分市場,但在關(guān)鍵技術(shù)、材料、零部件等方面還是與國際的先進(jìn)水平有一定差距。

新安裝的機(jī)器人中,有71%的零部件皆來源于國外,國產(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,國產(chǎn)化率分別約為30%、22%、35%,相對較低,在產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性等方面依舊存在很大成長空間。

同時,中國工業(yè)機(jī)器人同質(zhì)化十分嚴(yán)重?，F(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)甚至是營銷手段上都呈現(xiàn)出相互模仿的現(xiàn)象,就連各個廠商研發(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,幾乎沒有什么表現(xiàn)突出、具有一定競爭力的機(jī)器人產(chǎn)品。

在應(yīng)用方面,發(fā)達(dá)國家的工業(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)器人完成其運行,而中國的工業(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,中國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展仍處于初級階段,正面臨著向高端轉(zhuǎn)變,承接國際先進(jìn)制造以及國際分工等重大挑戰(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工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸,而中國這方面的技術(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。

種種跡象表明,機(jī)器人大規(guī)模走進(jìn)生產(chǎn)和生活已經(jīng)不再是科幻片中的假象場景,正在和必然成為現(xiàn)實。以工業(yè)機(jī)器人為首,在克服諸多障礙和關(guān)卡的未來,機(jī)器人還將賦能百業(yè),面目全新。