机器人制造智能

小罗@小伙伴陈益民是丁汉院士的关门弟子｜丁汉：机器人与智能制造

2016亚洲智能机器人论坛上，中国科学院院士、华中科技大学教授丁汉以《机器人与智能制造》为题作演讲，现将全文发布，以飨读者。...

编者按：2016年4月8日，2016亚洲智能机器人论坛暨亚洲智能机器人联盟成立大会在深圳会展中心成功举办。2016亚洲智能机器人论坛上，中国科学院院士、华中科技大学教授丁汉以《机器人与智能制造》为题作演讲，现将全文发布，以飨读者。

我主要谈一下在制造里面机器人应用的前景。报告主要分三方面介绍：

第一，大家知道我们国家的制造实力和国际上有很大的差距，我们的体量已经很大。怎么样提升我们制造业的核心竞争力，尤其是提高产品的创新能力以及关键技术方面是我们的重点。

中国制造在国际上扮演了很大的作用，针对如何向制造强国的跨越，国家出台了很多的计划。国务院正式发布中国制造2025，这是国家性的战略，使得制造业升级和走向制造强国的必然选择。

前面已经提到，中国的制造业发展很不平衡，有自动化程度高的，也有自动化程度比较低的，目前在我们整个制造业的状况是工业2.0、工业3.0和工业4.0是同步走的阶段，2.0主要强调是规模化高质量的生产，3.0主要是数控，4.0是以智能为代表的。

我们面临的挑战是怎么样在发展不均衡的情况下，寻求突破并逐步超越。我们着重谈一下智能制造，智能制造的概念很大，他涉及到的问题比较多，涉及到智能感知、决策、操作。智能制造有三个因素是比较重要的：一是数控技术；二是机器人技术；三是人工智能技术。

图1-1 智能制造的科学内涵

数据来源：中国电子学会整理，2016，4

这里面牵涉到怎么样对传感技术、工况进行感知，对工艺知识获取以及对装备的智力运行。智能制造牵涉以下内容，人类的大脑如何对工艺知识进行决策，报告的范围大概有这几部分。

我们重点介绍一下智能制造涉及到的几个关键技术，我觉得要走向智能，首先第一步离不开数字化制造，如果制造没有模型、技术基本上是一句空话。数字化制造不光是一门技术，更是一门科学，所以在产品开发过程中，产品开发、数字控制、产品管理、企业协作都牵涉到数字化技术，这对企业来讲是必备的。

图1-2 智能制造的关键技术

数据来源：中国电子学会整理，2016，4

如果一个企业数字化的技术没做好，讲智能、机器人更困难一点，我们讲的智能制造不是买两台机器人回来就是智能制造，对深层次工艺知识的了解，产品质量全方位的了解，提升企业的核心竞争力都是至关重要的。

很重要的是感知，大家知道在制造业里面，感知扮演的角色会越来越重要。我最近到德国看了一下，很多加工的现场有测量设计，各种各样的测量设备需要保证测量精度。包括车间层的感知和系统层，各种传感的技术，对智能制造都是非常大的挑战。智能制造涵盖各方面，包括物流、通讯、智能家居、先进制造。

这里面值得一提的是机器人技术。第一台机器人诞生是随着汽车工业的发展，机器人发展到今天已经到了非常高的阶段。机器人本体的市场，以及机器人集成市场，很长时间内会有很大的发展，拥有机器人的技术以及机器人集成系统的技术，才能迎接未来的挑战。

我们谈谈机器人发展的一些思考。当今机器人在国民经济的各个行业中扮演着非常重要的角色，从制造业的升级到康复、医疗、国防、太空和勘探，机器人都起到了重要作用。从最早简单的搬运，发展到喷涂，未来面向加工，会出现很多能工巧匠的机器人。我们的古人、祖先有很多的伟大工程都是能工巧匠干出来的。

机器人随着人工智能和AR的发展也会完成一些复杂的制造过程。这里所说的并不是简单的操作型机器人，未来一种技能型的机器人可能发展起来，和传感技术、学习技术密切相关的。机器人在人类的发展过程中也有这几个阶段，刚开始的机器人是模拟生命体的机械运用。我们看到的机器人就是一个ARM，还谈不上手的功能，真正把手做好是非常难的。后来慢慢发展到模拟生命体的自主决策功能，再高级阶段是到了怎么样模拟生命群体的智能和自组织行为。可以说机器人的发展经历了这几个阶段，从简单模拟人体的动作、发展到自主决策到模拟群体的智能。

图1-3 机器人技术的发展历程

数据来源：中国电子学会整理，2016，4

机器人的发展过程中由简单的零件交互发展到与环境、人和机器人间的复杂交互，这也是最近我们正在论证的主要内容。

未来机器人有几个特点是非常重要的：一个是机器人本体的技术，这是一个制高点，能不能达到高速、高精、重载、高可靠、高安全，这是至关重要的，离开这个谈什么智能都是一句空话。要做到重载，动力学和结构设计跟不上也不行，机器人发展到今天，还要把机器人的核心技术和关键点吃透，要不然在国际舞台上，机器人的性能和别人比就有很大的差距。

永恒的主题还是在这几方面，一个是速度快、精度高、抓准力大，可靠性要非常高，还要有安全性。将来的制造业也会有机器人化的机床，机器人把加工过程放在一起。我一直在幻想能不能做成CM系统，随着机器人的发展，我觉得将来有可能做到。

未来机器人最主要的特点，怎么样实现与环境的共融、与人的共融和与机器之间的共融。在这样的作业环境下，机器人与人和自然完成交互，完成复杂的任务。国外做了很多工作，包括步行机器人，能爬山，在各种环境下可以达到平衡。

机器人有机器人的协同，左边看到的是机器人怎么样在空中搬运零件，国外做得非常好。我们有一些进展，但和知名的大学还是有一些差距。最主要的是，将来机器人与人共融，这是非常有历史性的突破，人和机器人怎么样共同完成作业。现在的机器人要做到这点很难，牵涉到很多传感和本体的设计技术，包括怎么样理解人的行为意图。

机器人的技术突破牵涉到很多方面。我们呼吁，机器人的科学要想取得巨大的成果，科学技术到产业这条线必须打通，才能持续取得发展。牵涉到在结构方面，机器人怎么样能柔顺灵巧，感知方面怎么样能做到多模态的感知，分布式的角度上如何实现共同作业。欧洲有一个地平线计划，韩国、日本都介绍了各自的制造业发展战略，习总书记在两院院士会议上提出来，要把中国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地占领市场。

我简单讲讲我们最近开展的工作，我个人认为制造业是国家的支柱性行业，制造业进步了，国家的核心竞争力会进步。将来的机器人可能会在大型的薄配件复杂技术中扮演非常重要的角色。机器人有它的优势，机器人的空间配置比较灵活，并行能力比较强。它的各种传感器加起来比较方便，机器人加工体现了新的技术，也体现出了前沿方向。

很多企业买了很多机器人，并不是把机器人买回来了，我们的产品质量就上来了，工艺过程不断的了解，机器人在里面达到融合的程度，才能提高产品的核心竞争力。这里举一个简单的例子，金属叶片磨抛也有广阔的前景，磨抛要磨得好，工业机理要搞得好，扫描的匹配算法和视觉定义必须做得很清楚。机器人和周边怎么样进行标的，最后要测量斜面的误差，要自己开发一套独立的软件，最后要进行一些编程。工作虽然很小，但是内涵很丰富，很多理论问题、技术问题需要我们长期坚持不懈的攻碉堡，五到十年攻不下来，很多技术还是没有掌握在自己手上。越到最后，我们发现还是没有我们的核心竞争力。机器人技术日新月异的今天，我们确实要有一批人静下心来把技术面向市场做透，给企业带来效益。做制造业，尤其是机器人技术非常热闹的今天，有必要仔细的思考一下，怎么样使这个技术成为取之不竭的源泉。

我们做了一些例子。金属叶片磨抛是一个难题，我们国家风电叶片60米长，十几个工人一起作业，环境非常恶劣，眼睛在外面。包括大型飞机结构件切屑加工，大型航空零件加工等，都会存在恶劣的工作环境。这是多机器人的磨抛，看这个叶片的磨抛，斜面磨抛是可以的。这些机器人的应用场景也非常广阔，希望这些技术未来可以广泛实现。近期经济下行的压力情况下，确实需要有一些新的技术，真正给企业带来效果，提高产品质量、提高核心竞争力。

图1-4 机器人叶片磨抛

数据来源：中国电子学会整理，2016，4

未来我们认为机器人会跟人合作共事，会扩大、延伸和部分替代人类专家。在这个过程中人的脑力活动，能不断提高装备和系统的适应性和自治性。机器人的发明是代替人、服务人、拓展人，所以未来机器人是与人共融的。