張曉龍：智能制造之路的探索|V課堂第88期
隨著《中國制造業(yè)發(fā)展綱要(2015-2025)》和《中國制造2025》的發(fā)布，結(jié)合德國工業(yè)4.0的構(gòu)想，智能化生產(chǎn)和智能化制造作為中國制造業(yè)今后發(fā)展的主攻方向，勢必會對中國工業(yè)機器人的發(fā)展起到刺激作用。作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人已經(jīng)成為衡量一個國家制造水平和科技水平的重要標志。
第88期【智造+V課堂】分享嘉賓：北京大學工學院智能制造實驗室副主任張曉龍，作為資深智能制造專家，張主任從國內(nèi)智能制造現(xiàn)狀談起，深刻解讀智能制造和工業(yè)機器人的未來發(fā)展方向。
一、分享嘉賓
張曉龍 (納博特科技(Inexbot)創(chuàng)始人)
1. 個人簡介
- 北京郵電大學特聘導師;
- 北京大學工學院智能制造實驗室副主任;
- 曾服務于法國湯姆遜集團、美國摩托羅拉等知名外企，后作為技術合伙人參與創(chuàng)辦北京云辰科技有限公司(大可樂手機)并擔任CTO一職，組建產(chǎn)品技術團隊。
2. 擅長領域
- 擅長嵌入式軟件系統(tǒng)、移動通訊、智能制造專業(yè)領域;
- 從事多年研發(fā)管理工作，技術背景深厚，擁有多項國際專利。
二、分享主題
《智能制造之路的探索》
三、演講大綱
- 國內(nèi)智能制造現(xiàn)狀;
- 工業(yè)機器人行業(yè)介紹;
- 智能制造、工業(yè)機器人未來發(fā)展方向探索。
四、原文實錄
原文實錄context:
首先自我介紹一下，我之前在摩托羅拉等手機企業(yè)做過很多年，之前從事電子制造領域。在我們之前研發(fā)手機的過程中，就發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的手機生產(chǎn)方式越來越跟不上時代的發(fā)展，比如說蘋果，很多人都用的蘋果手機，覺得蘋果的硬件質(zhì)量非常之好，一個重要的原因就是蘋果的生產(chǎn)設備都是由蘋果公司自己研發(fā)交給富士康生產(chǎn)的。可以說在這個星球上最高的電子方面的制造水平肯定是由蘋果一家公司掌握的，其他品牌的手機包括三星在內(nèi),他們的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)工藝相比蘋果都有很大的差距。
比如說在蘋果生產(chǎn)純金屬外殼的手機之前，金屬外殼在手機行業(yè)是一個禁地，沒有人敢嘗試，金屬會對隔絕天線信號。但是蘋果成功地突破了這一界限，然后帶來了新的風潮，現(xiàn)在大家手上手機絕大部分的都是金屬外殼。
后來我們就逐漸認識到，如果要想打造世界上最好的產(chǎn)品，必須首先要有最好的工具，所以我從手機行業(yè)，從電子領域逐漸切換到了制造領域，從軟件行業(yè)、電子行業(yè)切換到制造領域，這是一個非常大的轉(zhuǎn)變。坦白講我之前也沒有想到會這么艱難，跟我們之前做軟件相比的話，要考慮的事情實在太多了，這個行業(yè)太過于復雜。
今天我所講述的內(nèi)容并不局限于工業(yè)機器人，工業(yè)機器人在智能制造領域只是很小的一個部分，只是由于今天機器人在智能制造中起到的角色非常重要，所以大家才經(jīng)常提及，但是我們在考慮一個關鍵部件的決策性問題時，不應該忘記完整的系統(tǒng)。
這張圖大家經(jīng)常會看到，基本世界上主要的國家都提出了智能制造的綱要，比如說中國的智能制造2025綱要，歐洲提出的工業(yè)4.0，美國的工業(yè)再制造化，然后日本也提出了相應的計劃。這些都是由于現(xiàn)實的需求而造成的。在全世界范圍之內(nèi)都可以看到產(chǎn)能的過剩和需求個性化的趨勢，以前生產(chǎn)一臺車，生產(chǎn)一個設備，可以大批量生產(chǎn)，但是今天大家越來越講究個性化，對品質(zhì)的要求也越來越高，現(xiàn)在大家買個馬桶都恨不得去日本買，買水杯都要花好幾百甚至上千塊錢去買一個日本原產(chǎn)的水杯。
產(chǎn)業(yè)升級、消費升級各方面都帶來了個性化以及對產(chǎn)品品質(zhì)的需求，但是另一方面勞動力的水平卻跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成本越來越高，就業(yè)人口反而在減少，這是中國制造業(yè)面臨的一個大問題。我想從一些大企業(yè)的角度去分析一下未來制造會是一個什么樣的場景。
首先講一下華為的視角，華為是中國可以說技術能力最強，最值得尊敬的一家企業(yè)，曾經(jīng)華為也算是中國工業(yè)制造領域一個很重要的角色，但是非?？上г谑畮啄昵八艞壛恕Ｈ绻煜すた厝v史的人會知道，當年華為曾經(jīng)做過工控產(chǎn)品,經(jīng)過幾年運營之后，由于效率不佳，當時華為也特別缺錢，所以最后把這支團隊全部賣給了艾默生。但是今天我們看到，在深圳乃至中國工控圈活躍的各大企業(yè)，基本上都是來自于華為艾默生的體系。比較出名的比如說麥格米特、匯川、英威騰這些，他們的創(chuàng)始人，他們的老板基本上都是當年華為艾默生的高管。
今天華為又重新把自己的注意力轉(zhuǎn)向了工業(yè)制造領域，不過今天他們可能不會簡單地去從事某些具體設備的生產(chǎn)，而更多關注于整個智能制造產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成。我和華為的一些高管做過一些交流，在去年年底的時候，華為連同中科院自動化所,新松以及其他一些知名企業(yè)一起成立了邊緣計算聯(lián)盟，我前面放出的兩張PPT就是華為他們自己做的一個報告，在邊緣聯(lián)盟成立的時候做的報告。
從這兩張PPT可以看到，華為認為未來不僅僅是工業(yè)，包括物聯(lián)網(wǎng)各個行業(yè)都會呈現(xiàn)軟件定義過程的特征，軟件定義一切，這是華為的一個總結(jié)。我們現(xiàn)在能夠看到的很多自動化的設備，比如說機床、機器人這些，都可以被定義為邊緣計算的節(jié)點，節(jié)點收集到信息之后再交給后面的霧計算和云計算來進行分層的處理。
另外華為還是現(xiàn)在TSN,就是實時網(wǎng)絡的積極推動者。因為在工業(yè)領域絕大部分都是需要實時通訊的，今天我們在日常中使用最多的TCP/IP網(wǎng)絡在工業(yè)上并不是特別合適，如果要實現(xiàn)智能化網(wǎng)絡化必須要對整個網(wǎng)絡構(gòu)建和通訊協(xié)議做出一些規(guī)劃。為什么這些協(xié)議到現(xiàn)在還沒有解決呢?這也是由于工業(yè)的歷史而造成的。工業(yè)圈里面有多少協(xié)議，恐怕沒有人能說得清楚，幾十種?上百種?二百種?誰都說不清，因為幾乎每家都在制造不同的協(xié)議，甚至同一個協(xié)議不同的產(chǎn)業(yè)理解也有差異，那就造成了今天在工業(yè)圈，所有的設備是沒有辦法互聯(lián)互通的，連說話都需要翻譯，甚至有一些公司就通過兼容各種設備而形成自己的產(chǎn)業(yè)模式。
下面我們再看一下另外一個巨頭，阿里的視角。阿里在前幾天的云棲大會上發(fā)過了很多重量級的產(chǎn)品，我最為感興趣的就是它對物聯(lián)網(wǎng)的一些規(guī)劃。去年我看馬云發(fā)過很多消息，說阿里要做工業(yè)大數(shù)據(jù)，阿里要做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，但是他所發(fā)過的產(chǎn)品，在我看來跟工業(yè)圈相距太遠，感覺他就是把通用云計算的產(chǎn)品和針對電商的產(chǎn)品改換頭面，拿過來，拿到工業(yè)圈，這是完全不適用的。所以我們在工業(yè)圈基本上看不到阿里的聲音。
但是今天這個局面發(fā)生了一個很大的改變，其中一個可能原因，我感覺有很多傳統(tǒng)行業(yè)的人開始逐漸加入阿里，比如說我有一個朋友，他原來是華為的傳感器方面的首席科學家，現(xiàn)在也剛剛加入阿里，在這次云棲大會上有很多報告，就是他所做出的?，F(xiàn)在阿里提出一個概念叫“萬物蘇醒”，萬物蘇醒的意思就是在所有的設備上面都要裝上傳感器，構(gòu)建一個真正的物聯(lián)網(wǎng)的世界，然后讓所有生活中的物體，我們工業(yè)中所使用的設備能夠聯(lián)網(wǎng)化、智能化，聯(lián)上網(wǎng)之后就有了自己的靈魂，但是每一個傳感器都是一顆散沙，想把這些沙子聚在一起，聚沙成塔，就必須要讓大家能夠說一樣的語言，所以阿里很恰當?shù)靥岢隽藰藴驶囊粋€工業(yè)方向，他們會跟各個標準的組織進行接洽，能夠利用阿里的體量，在國內(nèi)能夠把工業(yè)圈的一些實時標準逐漸地總結(jié)和統(tǒng)一起來。
今天這些做工業(yè)大數(shù)據(jù)、做傳感器、做物聯(lián)網(wǎng)的人，基本上每一家都是從傳感器、芯片到數(shù)據(jù)收集，到通訊協(xié)議還有數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的挖掘、數(shù)據(jù)的分析一直到APP呈現(xiàn)，各個層面都要自己去做，這是一種小作坊式的生產(chǎn)方式，完全不適合今天的行業(yè)發(fā)展。我很高興看到阿里能夠走出這一步，能夠帶著大家構(gòu)建一個共用的平臺，希望是站在一些巨人的肩膀上，來創(chuàng)造新的價值，而不是重復的制造輪子。
再看一下美國人的視角，美國人在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域，應該講他們是做的比較好的，因為美國的軟件基礎和互聯(lián)網(wǎng)的基礎比較好，GE最早提出了Predix的概念，現(xiàn)在Predix在國內(nèi)通過中國電信的力量也在做大規(guī)模的推廣。我不敢說一個美國企業(yè)在中國最終能夠拿下多少市場份額，但是至少GE的理念我是比較贊同的。
GE希望大家能夠在它的平臺之上，能夠把自己在某個具體行業(yè)和領域的經(jīng)驗和知識，把它提取出來，然后形成各種應用。我們可以回顧過去20年來,有10年桌面互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，10年移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，下一個10年很有可能就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展了。今天大家再去開發(fā)一個移動APP，去創(chuàng)業(yè)好像沒有什么太大的價值，也沒有什么機會了，但是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上面，如果能夠?qū)崿F(xiàn)一些具體的應用，說不定就是未來，而GE就希望做未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的APP STORE，當然阿里、華為肯定也有這方面的想法，未來就看誰能夠競逐天下，誰能夠勝出了。
我前面通過三個行業(yè)巨頭的例子，一個華為、阿里、GE他們代表不同的領域，出身背景也各自不同，但是現(xiàn)在他們的焦點正在逐漸成核?？梢赃@樣講，今天工業(yè)智能制造的競爭從企業(yè)的視角來看，本質(zhì)就是通過一些新技術，能夠滿足今天客戶越來越復雜的個性化的需求，通過數(shù)據(jù)和軟件自動流動來適應今天日益復雜的制造流程，解決制造過程中的各種不確定性。
今天智能制造所面臨的問題已經(jīng)不是通過什么精巧的機構(gòu)或者說某一個特殊的精密部件就能夠解決的，而是一個系統(tǒng)工程，這個系統(tǒng)工程涉及到了機械、通訊，涉及到軟件、互聯(lián)網(wǎng)一系列的所有的知識。我們在從事智能制造領域研發(fā)的時候，不管是大家關注哪一個具體的點，必須要從宏觀的角度，你必須融入一個大的系統(tǒng)，才有可能有未來。
前面我說了這么多，看到這么多巨頭也涌進來了，似乎這個行業(yè)非?；鸨蠹覒撌欠浅Ｅd奮的。我覺得每一個初入這個行業(yè)的人，剛開始接觸智能制造的人，都會覺得我們是一個很高大上的行業(yè)，似乎遍地是黃金，實際上這個圈里絕大部分的人都是活的非常苦逼的，基本上不知道錢在哪里.每一個項目都做的這么累，這是為什么呢?對比一下,互聯(lián)網(wǎng)軟件行業(yè)他們能夠獲取巨額利潤，是因為他們的可復制成本非常之低，你同樣的一套軟件或者同一個網(wǎng)站服務100萬人和服務1億人、10億人，成本是相差不遠的，所以一旦產(chǎn)品成熟就可以在邊際成本幾乎為零的情況下，可以快速擴張，獲取巨額利潤。
咱們工業(yè)圈門類眾多，各種應用領域非常復雜，完全沒有辦法把一個焊接的經(jīng)驗應用到噴涂的生產(chǎn)線上面去，換句話說就是隔行如隔山，行業(yè)種類太多，可復制性太差。所以我們大部分做工業(yè)圈的人做的都是非標行業(yè)。我們換個角度來看，國外的廠家反而過得很舒服，比如說西門子、GE這些廠家，每年不知道從國內(nèi)拿走多少利潤，現(xiàn)在國內(nèi)長期工業(yè)基礎比較薄弱，對于高端設備精密部件基本上長期依賴進口產(chǎn)品。也許是我們的產(chǎn)品的確不過關，但更多的也許是我們的不自信，我們不好意思給自己的同胞制造的產(chǎn)品開出高價，所以最后導致一個劣幣驅(qū)逐良幣的過程。另外一個就是國內(nèi)長期忽視人力成本，總覺得人是最不值錢的，好像出點人工沒有什么大不了的，只有硬件東西才值錢，這也造成了一個不好的風氣，所以導致國內(nèi)的人工偏多的行業(yè)利潤率都反而偏低。
最后，所有工業(yè)圈人的一個共識就是國內(nèi)的商業(yè)環(huán)境實在是有點差，做一個自動化，做一個集成項目，可能表面上看毛利很高，但是回款就成了老板的心頭大患。可是，要做好一條生產(chǎn)線談何容易?又要懂技術還要壓款，又需要資金，然后還要長期出差。我經(jīng)常聽到很多兄弟抱怨，去一個生產(chǎn)線一搞就是三個月以上，連家都回不了。
技術密集、資金密集、人才密集，但是偏偏還遇上了利潤率如此之低，回款率如此之低。所以很多廠家最后被資金流，被回款所壓死，資金運轉(zhuǎn)的效率實在太低了。
綜合來看，智能制造領域就是一個外熱內(nèi)冷的情況。不過好在工業(yè)圈的人都還是挺有志氣的，我看到越來越多的人，越做越有自信，因為在和外資競爭的過程中，隨著整個市場的發(fā)展，規(guī)模的擴大，大家也逐漸找到一些思路。從我個人來看，我覺得最大的一個行業(yè)機會或者趨勢，應該這樣看。首先是機器人的廣泛應用，基于機器人智能制造技術，就把我們現(xiàn)在的很多生產(chǎn)設備標準化、柔性化了，現(xiàn)在很多非標行業(yè)逐漸變成了標準化行業(yè)，你一看這些基層用的多的沖壓生產(chǎn)線、裝配生產(chǎn)線、焊接生產(chǎn)線，基本上大同小異，可復制性非常之強。也就是說我們的部件越柔性，最后做成的生產(chǎn)線集成項目就越來越標準化，這樣可以極大地降低成本。
另外一個，中國是一個地大物博的國家，可以堅定不移地走本地化和信息化的路，現(xiàn)在很多工廠都還是非常落后的一個狀態(tài)，你能夠給它把本地化和信息化做好，就已經(jīng)可以帶來非常大的價值了。我們在中國可以看到從第一世界國家到第三世界國家所有類型的產(chǎn)業(yè)狀態(tài)，全世界最先進的iPhone生產(chǎn)線在中國，大量的手工作坊也存在于中國的各個角落。很多外企比如說ABB、GE、西門子這些廠家，他們只能去做一些熟悉的，大型的工程項目，稍微小一點的項目他們根本就做不了。一方面利潤低，另一方面人手也不夠或者講這些特別牛的設備，可能很真不適合于中國的作坊。
我一直覺得越是粗糙的生產(chǎn)環(huán)境，對生產(chǎn)技術的要求就越高。在一個成熟的汽車生產(chǎn)線上增加一些新型的設備其實是非常容易的，因為有很多現(xiàn)成的基礎，工裝夾具、流水線設計都非常合理，但是你要在一個鄉(xiāng)村企業(yè)里面，原來手工打造突然整一套自動化的設備，你要考慮的問題要多得多。所以熟悉中國制造業(yè)的現(xiàn)狀，熟悉中國的來料情況，加工水平，懂具體的國情才有可能在智能制造領域做出自己的特色。
另外一個方面，我之前軟件行業(yè)經(jīng)驗比較多一點，從我個人的體驗來看，在全世界范圍之內(nèi)，只有中國和美國兩個國家可以談自己的軟件技術和互聯(lián)網(wǎng)的技術。其他的國家包括日本在內(nèi)，簡直就是不值一提。日本和歐洲的天才程序員實際太少了，軟件技術也越來越趨于落后。你看現(xiàn)在世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)基本上都是在中國和美國，歐洲和日本基本上已經(jīng)全軍覆沒了。未來我們把中國在軟件行業(yè)，在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)所積攢的這些經(jīng)驗和知識，把它轉(zhuǎn)移到工業(yè)圈，比如說像阿里、華為他們已經(jīng)開始在行動。未來我們將會在一個非常好的基礎上去進行智能制造行業(yè)的開發(fā)、研究。
最后我覺得從人力成本來講，中國應該相比這些歐美的國家還是有很大的優(yōu)勢，我們還是擅長于人海作戰(zhàn)。綜合來看，結(jié)合本地化的優(yōu)勢，結(jié)合我們軟件互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，結(jié)合我們自己的人力成本的優(yōu)勢，我們和世界上任何一個工業(yè)巨頭相比應該都有一戰(zhàn)的本錢。隨著我在這個圈里面經(jīng)營的越久，我就越來越有信心。
從目前我們正在做的一些事情，比如說在工業(yè)機器人領域，我們結(jié)合了很多上下游的小伙伴，大家一起來推進核心技術的研發(fā)，不要每個人都想著全套，什么都做這是不可能的，每個人集中一點來突破，最后大家一起把所有的核心技術集成在一起。然后從工藝入手結(jié)合中國的現(xiàn)狀，快速的實現(xiàn)一個核心部件的國產(chǎn)化、降低成本，只有成本降低，低到一個量級之后才有可能創(chuàng)造規(guī)模效應，才能夠發(fā)揮中國的規(guī)模優(yōu)勢。
同時，組建各種聯(lián)盟進行產(chǎn)業(yè)的標準化和產(chǎn)業(yè)協(xié)作，這也是我們跟這些國外巨頭抗衡的一個最大本錢。中國最擅長的就是這種產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢，比如說電子行業(yè)，中國電子行業(yè)其實也沒有什么太大的巨頭。但是你在深圳圈子里面，你可以找到各種電子產(chǎn)品生產(chǎn)圈套的工藝設備和人才，所有的供應鏈都非常齊備，在全世界范圍之內(nèi)你都找不到第二個這么好的地方。
很多人在工廠里面都見過工業(yè)機器人，工業(yè)機器人總體來講分成兩大部分：一個是機械部分，一個是控制部分。機械部分你們可以看到里面包含了機械本體、減速機、電機。然后控制主要就是伺服驅(qū)動器和運動控制器。工業(yè)機器人在整個智能制造系統(tǒng)里面的確處在一個非常核心的位置，傳統(tǒng)制造業(yè)系統(tǒng)核心是PLC，但是現(xiàn)在PLC越來越多的被機器人控制系統(tǒng)所取代。工業(yè)機器人可以直接驅(qū)動各種傳感部件，比如說攝像頭，各種碰撞傳感器，視覺、激光、焊接以及各種生產(chǎn)設備，包括機床都可以通過機器人直接控制，代替掉傳統(tǒng)的PLC的作用。
另外機器人的控制系統(tǒng)還可以很方便的收集產(chǎn)線上的各種數(shù)據(jù)，我們自己認為工業(yè)機器人未來將是一個非常合理的邊緣計算的節(jié)點。所謂邊緣計算前面我也提到了，是華為還有其他一些國內(nèi)知名廠家包括研究所一起來發(fā)起創(chuàng)辦的。邊緣計算它處在實時計算和云計算之間.云計算是沒有實時性的，相應時間可以達到秒級甚至分鐘級，都可以接受。但是在工廠里面的設備，很多生產(chǎn)設備都是需要微秒級甚至納秒級的響應速度，這個是實時和云計算之間的巨大的鴻溝，但是控制器它的響應時間可以在毫秒或者是10個毫秒這個級別，可以很好的彌補這兩張網(wǎng)絡的縫隙。
工業(yè)機器人可以通過各種傳感器收集數(shù)據(jù)，然后驅(qū)動生產(chǎn)流程，最后把所有收集的數(shù)據(jù)再反饋回MES系統(tǒng)，我這邊多放幾張PPT。下一張PPT就是我前面所說的，控制器處在執(zhí)行系統(tǒng)、電機之間，在實時網(wǎng)絡和非實時網(wǎng)絡之間構(gòu)建一個通道，它可以是業(yè)務的執(zhí)行中心和數(shù)據(jù)的采集中心。
工業(yè)機器人的控制器如此之重要，他里面到底做了哪些事情呢?首先有一個高性能硬件的運算平臺，傳統(tǒng)的很多是通過一些PLC去做，但是現(xiàn)在的運算性能要求越來越高，所以大家逐漸切換到了基于X86甚至一些服務器去實現(xiàn)。然后在高性能的硬件平臺之上是一些實時的操作系統(tǒng)，以前最多像庫卡、ABB用的都是Vxworks的系統(tǒng)，現(xiàn)在實時的Linux也開始逐漸實用化，我看到有些產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在用。雖然實時性和Vxworks還有差距，但基本可以滿足要求。
另外還有一些專用的實時系統(tǒng)，用得也比較多。在實時操作系統(tǒng)之上就是我們的運動控制平臺了。運動控制平臺國際上有些廠家，比如說德國的3S公司，他們的Codesys很多人都接觸過，基本上我們知道的還有一些國外的廠家，比如說菲尼克斯平臺做二次開發(fā)，國內(nèi)的幾個機器人廠家包括新時達還有啟帆，他們也都是基于Codesys。
這個中間件平臺基本上就提供了所有的運動控制、機器人控制的功能，然后僅僅有基本的運動控制還不夠，還需要再結(jié)合具體的應用領域去實現(xiàn)各種的工藝算法，碼垛、噴涂、折彎，每一個行業(yè)都有巨大的差異性。從控制功能本身來看，我們認為幾大控制目標，機器人的控制就是機器人模型的一個控制，基本的運動控制屬于各個軸的控制目標。另外還有邏輯控制，邏輯控制更多的是控制產(chǎn)線設備，它替代的是PLC的功能，另外安全控制也是現(xiàn)在的一個重點。
在去年的時候就有個新聞說是德國大眾的一個機器人，突然叛變了打死一個工人。它實際上就是一個典型的生產(chǎn)事故，機器人的安全裝置失效了，再加上這個工人違規(guī)操作，導致工人不小心被機器人碰到致死，這是一個完完全全安全生產(chǎn)的事故。但是機器人個頭這么大，力量這么大，一個機器人可能幾十千瓦的功率都有，就相當于幾十個純電流的功率輸出了，做不好安全控制，這是很麻煩的一件事情。另外我們現(xiàn)在越來越多的希望讓機器人跟人共存，這就是所謂的人機協(xié)作。所以安全控制很有可能未來大家所競爭的一個焦點，如何讓機器人又快、又穩(wěn)定、又安全的運行。比如說有些人實現(xiàn)了力矩控制，通過各種防碰撞器，去讓機器人在遇到一些障礙，遇到人的時候能夠自動停止。在機器人外面加上很多皮膚，即使碰到人也不會打得太疼。這個后面我還會捎帶再講一下。
機器人模型的控制主要就是各種機器人的運動學、動力學這些傳統(tǒng)的算法，說算法很傳統(tǒng)，但是實踐起來好像也挺難的。我們看到國內(nèi)很多人都嘗試過去做，在Matlab做仿真效果非常好，各種機器人模型都能動起來，但是一遇到實際生產(chǎn)就不行，因為你在實際中會看到各種器件跟標稱都有極大的差異。如果你不能解決掉這些實際和理論上誤差補償問題，基本上這個算法就是不可用的。
從機器人的結(jié)構(gòu)來看，大家見得最多基本上就是六軸機器人，它的姿態(tài)變化非常多，可以實現(xiàn)絕大部分的運動功能。另外一個機器人，它是SCARA個典型四軸系統(tǒng)。這個系統(tǒng)比較簡單，成本也非常低，在3C領域用途非常之廣，現(xiàn)在在深圳很多小廠家都能夠每個月出廠幾十臺SCARA機器人，這將是中國自出臺機器人之后第二個金礦，SCARA機器人有可能會快速上量。而直角坐標機器人這就比較傳統(tǒng)了，基本上沒有太多技術的含量。另外一個是并聯(lián)機器人，這個機器人運動速度超快，但是對整個的制造水平要求還是挺高的。偏偏它的市場又不是特別的大，主要用在一些食品、包裝包括一些特種行業(yè)，像雷管、生產(chǎn)包括化學品的生產(chǎn)，在這些行業(yè)里面會使用到。
國內(nèi)應該比較知名的就是有一個阿童木機器人，還有蕪湖瑞思，這實際上都是天津大學的黃田老師和梅建平老師他們師徒兩個開創(chuàng)的企業(yè)，基本上就是國內(nèi)的獨一份了。
上面這幾張圖有點偏技術性，我就簡單跟大家解釋一下，大家在玩機器人會講正解、逆解什么的，其實就是機器人的實際位置和電機之間的轉(zhuǎn)換，由電機位置推導出實際位置，或者由實際位置推導出電機位置，就是一個是正解，一個是逆解。這個正、逆解就涉及到機器人有的形態(tài)比較復雜，正、逆解做出來就很麻煩，圓弧差補，各種曲線差補、多項式差補都是跟這個正、逆解相關的。
在構(gòu)建完機器人的模型之后，我們?nèi)绾卧u價一個機器人好與不好，其實一個是機器人的外型尺寸，你看機器人他的作業(yè)范圍、作業(yè)空間有多大，負載率有多大，自重是多少，下面就要考慮他的運行速度，它的定位精度。定位精度我們又考慮到它的重復定位精度和絕對定位精度，以及姿態(tài)重復精度。
絕對定位精度很容易理解，我讓一個機器人走10毫米的距離，它是不是走出來真的是10毫米，這是一個絕對定位。聽起來很簡單，但實際上這是機器人最難實現(xiàn)的。這個工業(yè)機器人由于自身的剛性問題，以及安裝基準的問題，所以很難實現(xiàn)非常高的絕對定位精度，這是機器人的軟肋，也是機器人和機床系統(tǒng)的一個重要區(qū)別。但是機器人它可以實現(xiàn)非常高的重復定位精度，也就講它無法辨識自己走的到底是不是10個毫米，但是如果明確的從A點到B點，連續(xù)走上一萬次它是不會有什么偏差的，這個重復定位精度可以實現(xiàn)到0.001毫米這個級別。
機器人在高速運動的時候又會帶來一個軌跡精確度的問題，比如說走一個直角，如果機器人要走一個直角的話，它會遇到一個速度零點，這個速度零點很多時候無法規(guī)避。我們就要做一個權(quán)衡，如果你是做切割之類的工藝，你要求絕對高的軌跡精度，就要犧牲速度，很多時候比如說做搬運，我要的就是一個速度，我并不追求這個軌跡的絕對精度，你只要能把東西從A點到B點拿過去，中間你走的是直線還是圓弧其實并不關心。
這個時候我們就可以做很多平滑算法讓機器人如何高速運動。設想一下你自己開車的一個過程，遇到一個右轉(zhuǎn)彎，你是沿著導流線走，到路口先停下來然后慢慢右轉(zhuǎn)，還是繞一個大圓嗖一下轉(zhuǎn)過去。我相信不同的人有不同的駕駛習慣，跟你當時的心情也有很大的關系，你是著急趕路呢，還是要遵守交規(guī)慢慢悠悠的往前走呢?機器人一樣面臨這樣的選擇，一個良好的機器人系統(tǒng)就是走得又快，然后走得又準，又快又準這就是我們對機器人的要求。
另外機器人還要考慮動力學的問題，動力學更多的是考慮裝配，實際生產(chǎn)帶來了各種摩擦力的因素以及通過動力學去做一些平衡，機器人加不加負載對整個模型剛性都會帶來非常大的影響。影響最多的就是重載機器人，我們看到現(xiàn)在比如發(fā)那科的機器人最高負載可以達到2噸，它可以抓起一輛2噸重的小轎車，這時候你就必須要考慮2噸重的物體對整個機械臂帶來的干擾。
解決掉這些基本的運動問題、精度問題之后，我們還要給機器人加上實用化的應用工藝，碼垛的工藝、搬運的工藝、上下料、噴涂、打磨、焊接。如果細數(shù)起來的話，現(xiàn)在我知道的有十幾、二十種工藝，里面還要夾雜著帶不帶視覺，帶不帶激光，帶不帶各種傳感器，幾乎每個領域都可以做出很多的文章，有一些廠家，我知道廣東佛山有一家廠家他就專做噴釉系統(tǒng)，基本上已經(jīng)做到國內(nèi)的第一了，國內(nèi)可以說找不到第二家能夠和他抗衡的，就是因為他把多年的噴油的經(jīng)驗、知識，軟件化固定下來。
我們從事工業(yè)機器人的研發(fā)也是一步一步來，首先解決有無的問題，然后解決精度的問題，最難實現(xiàn)也是最重要的就是一個應用的問題，你的機器人能夠用在哪些領域?如何能夠和智能制造系統(tǒng)相結(jié)合?
前面我基本上已經(jīng)講清楚了，工業(yè)機器人在控制技術方面的一些指標和行業(yè)特征，工業(yè)機器人未來的發(fā)展方向是什么呢?我們可以做個簡單的回顧，過去20年工業(yè)機器人在結(jié)構(gòu)方面和算法方面基本上沒有太大的進步，只有算法越來越精準。20年前就有六軸機器人，今天還是六軸機器人。所以結(jié)構(gòu)電器方面沒有太大變化，所有的變化基本上都來自于控制技術，以及網(wǎng)絡技術和智能技術。
后邊我會再花幾分鐘時間來談一下我對工業(yè)機器人未來的發(fā)展趨勢?？傮w來看，機器人會越來越聰明，這個聰明體現(xiàn)是什么地方呢?首先是一個三維視覺感知的技術和引導技術。之前的時候，機器人使用基本上都是以示教編程為主，是由一個人手把手地去教，一個點一個點去試教。比如說在汽車廠一個實際生產(chǎn)程序，調(diào)試10天半個月，甚至一個月太正常不過了，你想教會機器人去干件事情非常非常困難，但是如果你給機器人加上眼睛那就不一樣了，通過眼睛他可以實現(xiàn)自動化的編程。
我們在前幾天的時候去發(fā)那科去參觀，可以看到發(fā)那科演示的機器人幾乎所有的機器人都有眼睛，都有視覺，是2D，3D，激光，基本上我們看不到?jīng)]有眼睛的機器人了，這就是一個未來發(fā)展的趨勢。視覺系統(tǒng)又是一個大的行業(yè)發(fā)展了，包括今天大家每天聽到的這些人工智能，AI，他們當初也是為了解決視覺的某些問題而發(fā)展起來的。
現(xiàn)在，各種結(jié)構(gòu)光3D的技術越來越多，可以從我這個PPT上能夠看到，大家都在考慮一些智能的無序工件抓取的問題。谷歌,還有前幾天我看到日本好像有一個團隊也做了很多實驗，他們能夠通過大數(shù)據(jù)深度學習的算法，能夠快速地在一些無序的零件里面不需要人提前去給他們一些經(jīng)驗性的指導，可以在很短的時間，假如說一天之內(nèi)就可以學會各種抓取的技術，用多大的力，用什么樣的夾具，夾什么樣的角度。
如果真能實現(xiàn)這一點，工業(yè)機器人可以適用的場景會越來越多。我之前有一個客戶，一直想讓我怎么能夠把五金件一些螺絲什么的從料筐里面抓起來。我們調(diào)查一圈之后發(fā)現(xiàn)哪怕是最簡單的3D的視覺技術，也要二三十萬一套，而且還不能夠保證百分之百的成功率。抓取成功率的降低，就直接帶來生產(chǎn)效率的損失，生產(chǎn)節(jié)拍就提不起來，你算下來花20幾萬還不如直接養(yǎng)一個工人更加合算。所以我們也是非常期待著各種動態(tài)的，非結(jié)構(gòu)環(huán)境感知的技術和機器人自主作業(yè)技術的發(fā)展，能夠給工業(yè)機器人帶來一次發(fā)展的浪潮。
另外一個就是多機協(xié)作的技術，我們在國內(nèi)應該講是最早去做多機協(xié)作的，幾年前的時候我們就做過一些實驗，通過兩個機器人，三個機器人一起合作，去地上抓個皮球，然后去做個游戲什么的。如果大家有誰去過一些工博會，或者機器人展，看過安川的展臺，應該會記得，安川一直在秀自己的舞龍技術，就是通過八臺機器來共同協(xié)作完成一個舞龍的表演。這個表演就是典型的多機協(xié)作的技術。
還有就是ABB，ABB在網(wǎng)上也有一個非常知名的視頻，就是通過3臺機器人然后協(xié)作在幾個飲料罐里面穿梭。兩三年前，ABB、安川都把多機協(xié)作當成一種黑科技在宣傳，多機協(xié)作能夠帶來非常多的好處，比如說成本的降低，然后生產(chǎn)節(jié)拍的上升，還能夠減少很多復雜的編程的環(huán)節(jié)，通過一臺控制器快速地能夠完成一條生產(chǎn)線的協(xié)作工程。
還有一個發(fā)展方向，就是我前面提到的，人機交互的問題。大家可以看到我后邊最后的一張PPT，這里邊有幾個著名的機器人，一個是ABB的YUMI。我聽了ABB的人講這就是ABB的一幫老科學家，絞盡腦汁搞的一個大玩具。這個玩具到底用來干什么?現(xiàn)在也不清楚，但至少已經(jīng)代表我們這個行業(yè)內(nèi)的一個最高水平了。它的雙臂每個機械臂都有13個自由度，這13個自由度就帶來了任務規(guī)劃的一個非常艱巨的一個問題。
任務規(guī)劃就像解一個方程，如果只有一個解還好辦，它如果有多個解，那就麻煩了，因為你要從多個解當中再選出一個最優(yōu)解，而最優(yōu)算法的評價標準是很難制定的。如果在考慮到人和機器人的共同交互，機器人有2個手臂在和人共同協(xié)作，然后還要再加上外界的環(huán)境感知功能，這個功能的復雜度實在是太大了，所以到目前為止還僅僅存在于人們的各種設想，也沒有太多的試驗線能夠證明，倒是學術圈的文章發(fā)了不少。
我們覺得今天人機交互技術雖然還不算太實用，但是假以時日，未來5年，或者更長的一點時間之后，一定會每個人都有一個機器人的伴侶。順便插一句，大家可能很多人接觸過一些服務機器人的市場，服務機器人一直到現(xiàn)在也是雷聲大雨點小，搞來搞去基本上也就是一個底盤加上一個iPad，重要原因就是因為它沒有手臂，為啥沒手臂?這個手臂太復雜了，這就是我說的人機交互技術。什么時候我們的服務機器人能夠插上手臂，能夠給你端一杯咖啡，這時候服務機器人就到了真正騰飛的時候了。
我希望未來，所有的工業(yè)圈，搞機器人的，工業(yè)機器人、服務機器人、智能制造這些兄弟們能夠大家一起聯(lián)手，結(jié)合起來，能夠共同創(chuàng)造一個中國智能制造的美好前景。以上就是我今天所作的所有內(nèi)容的報告，涉及的點比較多，也相對有點散，基本上就是我這幾年做機器人所收獲的一些小小的感觸，也希望大家能夠積極地提出各種寶貴意見，大家一起來找到解決方案，謝謝大家。
