工业机器人：先发制人的智能制造新趋势

工业机器人的出现和发展是工业效率提升的另一路径，随着信息化和物联网技术的发展，两条路径开始结合，而工业机器人向智能化发展比工业信息化向智能化发展提早了至少10年。

早在信息化技术出现之前，1961年第一台工业机器人“通用机械手”在新泽西的通用汽车厂组装完成。到了2015年，根据国际机器人联合会（IFR）发布的数据，世界上已有1664000个工业机器人^[3]。工业机器人产生伊始是为了让机器人去完成人力所不能及的工作，如高危险工况和极端生产环境的工作。随着工业机器人普及应用，核心目的变成了替代劳动力，一方面减少劳动力成本上涨带来的压力，另一方面解决劳动力短缺的问题。换句话说，在资本逐利的推动下，用机器替代劳动力是必然趋势。第二次世界大战之后工业的全球转移也充分印证了这一点，劳动密集型和低技术的纺织、钢铁等产业转移到“亚洲四小龙”，再转移到中国大陆，中国大陆逐渐成为第三次世界产业转移的最大承接者。随着人口红利的消失，机器人在工业中的价值会愈发凸显，红利要么转移至劳动力更廉价的地区，要么被机器替代。《2015年全球工业机器人统计报告》显示，2014年工业机器人70%的销售总量分布在五个主要市场：中国、日本、美国、韩国、德国，其中，中国的购买量比2013年增长了56%，约为其他四国平均购买量的两倍。中国目前是工业机器人的消费大国，但近90%非自产。

如果说用机器人替代人去冒险是一种人道主义行为，用机器去完成人做不了的高精度复杂工艺是一种择优选择的行为，那么用机器替代人去完成简单重复的工作则带动了整个社会生产力的发展。人类并不打算主动制止这种自我淘汰和进化的行为，对于普通人类来说，生存的竞争压力除了来自相互间的资源掠夺和占有，还面临着生存技能可能被机器超越的威胁。目前，机械工业中的冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、零部件加工和简单装配、检测等工序，以及流水线的码垛、装卸、搬运、分拣等均可以由机器替代人类完成，其中应用最广泛的是焊接。

尽管工业机器人越来越重要，但是工业目前的生产中心仍是流水线（机床、机械设备），机器人还只是其中的一些环节，未来即使整条流水线上所有需要人类配合完成的环节都由机器人替代，基础的机床和机械设备仍将继续发挥作用，并会基于自动化水平进行优化。2012年全球机床产值5590亿元，机器人的产值约占机床的29%，中国的占比则为约11%^[4]。工业机器人总体产值不会超过机床整体产值，并会低于劳动力成本的总和。

现阶段工业机器人系统主要由三部分构成，即机械部分（驱动系统，机械结构系统）、传感部分（感受系统，机器人—环境交互系统，人机交互系统）和控制部分（控制系统）。核心部分是算法及伺服系统和控制器，核心算法的发展可以提高整机性能，伺服系统和控制器涉及系统、软件与硬件的相互配合。自从工业机器人迈向智能化阶段，新技术便不断迭代应用（见图3-1）。

现阶段工业机器人的主要问题是柔性不够、存在安全隐患、速度和稳定性不能兼得及部分零配件和本体制造成本高。除了解决已有问题，未来工业机器人的发展重点是智能交互、柔性及安全操作和技术融合应用。

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图3-1 工业机器人的组成与未来发展

智能交互希望机器人具备根据环境、生产条件、零部件供应情况的变化自行做出判断，完全独立于人类的控制，机器人甚至可以处理突发事件，以有效避免安全事故的发生或将损耗降到最低。目前，以香港中文大学为代表的高校实验室正在尝试从核心算法、传感器元器件、集成系统升级等方面进行突破。能够自主思考的机器人基本需要到达认知智能阶段才会真正实现，即使这样，工业机器人比服务机器人实现更难，因为工业机器人需要严格依据工艺的条件，比如喷涂，需要根据温度、湿度的变化进行调整，要求机器人、环境与零配件有较高程度的融合，能够基于条件的变化进行系列的反馈动作而不是单一的响应。如果说服务机器人的举一反三是小船在后海泛舟，工业机器人同样的行为无疑是泰坦尼克号出海。

工业机器人发展的另一重要方向就是柔性及安全操作，这一方向已经有很多让人津津乐道、引以为豪的成果。同时工业领域的成熟应用技术成果已经延展到服务应用，比如医疗领域的手术机器人、康复机器人和替代肢体等用于更精准的手术操作、复健、辅助长期物理治疗和替换伤残肢体或其他身体部位。

工业机器人未来将成为智能制造的一部分，技术融合发展是必然趋势，包括下一代物联网NB-IoT、通信方式（5G、Wi-Fi、新一代蓝牙技术、iBeacon等）、新型传感器、新材料、3D打印及分布式制造等。

国内工业机器人已进入发展期和创新活跃期，预计2018年开始进入成熟阶段，可能在已有工业机器人本体制造、系统集成及行业应用（解决方案）等领域产生大型企业，创业型企业则有望在机器人智能、机器视觉、BOT等方面取得创新突破。