機(jī)器人在中國(guó)的興起與發(fā)展

大約兩年前，全世界工業(yè)機(jī)器人的銷售總量約為16.8萬(wàn)臺(tái)，而同年在中國(guó)，機(jī)器人銷售量約為3.8萬(wàn)臺(tái)，占世界的20%，之后還在以每年30%的速度增長(zhǎng)。從2005年到2014年機(jī)器人供應(yīng)商數(shù)量的變化可以看出，到了2011年，你會(huì)觀察到中國(guó)供應(yīng)商的數(shù)量突然之間有了顯著增長(zhǎng)，那時(shí)如果你去上海的話，就會(huì)看到非常多的機(jī)器人公司。如果按照這種趨勢(shì)發(fā)展下去，兩年之內(nèi)，中國(guó)生產(chǎn)設(shè)備中的工業(yè)機(jī)器人會(huì)比歐洲、美國(guó)、日本和韓國(guó)還多。這是現(xiàn)實(shí)，并且正在發(fā)生。是什么在驅(qū)動(dòng)這一改變呢？

一方面，大量的投資。主要是政府和私人資金在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的大量投入。中國(guó)目前擁有超過(guò)400家機(jī)器人公司，今年機(jī)器人銷量的1/3是由國(guó)內(nèi)公司完成的；廣東省宣布在2015-2018年投資9430億元人民幣用于機(jī)器人替換人工；深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司（DJI-Innovations）是一家位于深圳無(wú)人機(jī)制造公司，今年被《福布斯》估值為100億美元，說(shuō)明這家機(jī)器人公司已成長(zhǎng)到了一定的規(guī)模；沈陽(yáng)新松機(jī)器人是目前中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的領(lǐng)先者，他們投入了大量的研發(fā)工作，并取得了很大的成功，盡管跟國(guó)際領(lǐng)先的機(jī)器人廠商相比規(guī)模還小，但他們的投入和發(fā)展的速度都非�？�。這說(shuō)明中國(guó)正在成長(zhǎng)為一個(gè)“機(jī)器人國(guó)家”，這是一種成功。

另一方面，市場(chǎng)的需求�，F(xiàn)在世界上機(jī)器人利用比例最高的是韓國(guó)，平均1萬(wàn)名工人中有396臺(tái)機(jī)器人，中國(guó)是23臺(tái)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年里會(huì)增長(zhǎng)到200臺(tái)，這里蘊(yùn)含了巨大的需求空間。有分析認(rèn)為，根據(jù)日本、韓國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)國(guó)家的人均GDP達(dá)到6000美元左右時(shí)，機(jī)器人的應(yīng)用就會(huì)出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，中國(guó)已到這一臨界點(diǎn)。
中國(guó)對(duì)于機(jī)器人的需求相比于其他國(guó)家更加多樣化。中國(guó)的產(chǎn)業(yè)多樣、文化多樣，使得中國(guó)具有世界上最多的產(chǎn)業(yè)類型，有些還是中國(guó)特有的產(chǎn)業(yè)。中國(guó)豐富的食品加工業(yè)就是一個(gè)例子，目前傳統(tǒng)食品加工業(yè)還比較原始，需要大量引入機(jī)器人技術(shù)以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

第三方面，技術(shù)的進(jìn)步。機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了簡(jiǎn)單機(jī)械式機(jī)器人、復(fù)雜機(jī)械式機(jī)器人和智能型機(jī)器人等幾個(gè)階段，每個(gè)階段都是技術(shù)積累到一定程度的結(jié)果。傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步是當(dāng)前智能機(jī)器人發(fā)展的基礎(chǔ)，使得過(guò)去很多無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)計(jì)算、復(fù)雜動(dòng)作的規(guī)劃和計(jì)算變得可行，這些都離不開(kāi)技術(shù)的發(fā)展。



盡管從趨勢(shì)上看，機(jī)器人在中國(guó)擁有巨大的潛力，但也面臨很多挑戰(zhàn)：價(jià)格需要降低，現(xiàn)在的機(jī)器人價(jià)格都過(guò)于昂貴，在過(guò)去幾年中，機(jī)器人價(jià)格已經(jīng)由50000美元降低到25000美元，但這個(gè)價(jià)格依然太高。中國(guó)需要更便宜的機(jī)器人，比如5000美元顯然是個(gè)更現(xiàn)實(shí)的數(shù)字。同樣的事情也發(fā)生在中國(guó)臺(tái)灣，臺(tái)達(dá)電子公司正致力于生產(chǎn)10000美元一臺(tái)的機(jī)器人，這是受市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)的。對(duì)于低價(jià)機(jī)器人的需求來(lái)自多個(gè)方面的現(xiàn)實(shí)原因：

1. 取決于機(jī)器人投入產(chǎn)出比。總的來(lái)說(shuō)，中的勞動(dòng)力成本較低，如果采用機(jī)器人替代人工，需要考慮機(jī)器人和人工的成本效益比。如果機(jī)器人價(jià)格過(guò)高，企業(yè)則更愿意采用人工，反之就愿意采用機(jī)器人。在中國(guó)，這種趨勢(shì)還將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。

2. 機(jī)器人的數(shù)量決定了價(jià)格高低。由于機(jī)器人的研發(fā)需要很大的前期投入，若數(shù)量沒(méi)有達(dá)到一定規(guī)模，其成本不可能降得很低。一旦中國(guó)的機(jī)器人銷量足夠大，5000美元的低價(jià)機(jī)器人也將成為可能�，F(xiàn)在歐洲和美國(guó)還沒(méi)有生產(chǎn)出這樣的機(jī)器人。5000美元機(jī)器人的出現(xiàn)會(huì)成為一種真正具有顛覆性的現(xiàn)象，將引發(fā)計(jì)算機(jī)科學(xué)界的很多變革，這才是我真正想說(shuō)的事情。這種機(jī)器人會(huì)激發(fā)出很多方面的應(yīng)用，比如高級(jí)制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、老年護(hù)理、災(zāi)難應(yīng)變等等。這種低價(jià)機(jī)器人會(huì)深遠(yuǎn)地影響眾多領(lǐng)域，當(dāng)然，在創(chuàng)造市場(chǎng)的同時(shí)也會(huì)毀滅一些市場(chǎng)。

智能性需要提高，我們來(lái)看看另外一個(gè)故事。大家都知道富士康CEO郭臺(tái)銘，他在2011年時(shí)預(yù)測(cè)，到2014年時(shí)他們會(huì)安裝100萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人，然而實(shí)際上在生產(chǎn)線上工作的卻只有1萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人。這是由于他們發(fā)現(xiàn)人比機(jī)器人在生產(chǎn)線上的工作效率更高其主要原因在于很多生產(chǎn)線并不是完全標(biāo)準(zhǔn)化的，尤其是在中國(guó)，生產(chǎn)商品的范圍特別廣，導(dǎo)致大量的企業(yè)生產(chǎn)都是非標(biāo)準(zhǔn)化的，而非標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線上的人工很難用標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器人來(lái)替代。計(jì)算機(jī)技術(shù)需要跟進(jìn)，早期的機(jī)器人完成的是簡(jiǎn)單的機(jī)械操作，現(xiàn)在的機(jī)器人則需要更多的智能性來(lái)應(yīng)對(duì)大量非標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)作和行為。此外，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的分工越來(lái)越細(xì)化，大量的工序需要互相配合。所有這些機(jī)器人應(yīng)用的問(wèn)題都需要站在更高的層面來(lái)解決，其核心問(wèn)題是需要計(jì)算機(jī)科學(xué)界開(kāi)發(fā)出更多的控制軟件，而不僅僅是簡(jiǎn)單的機(jī)器硬件。



對(duì)于計(jì)算領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，機(jī)器人技術(shù)是整合傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和執(zhí)行機(jī)制的新型計(jì)算機(jī)，由于其應(yīng)用的特殊性，這種新型的計(jì)算機(jī)具有一些新特點(diǎn)，需要進(jìn)一步發(fā)展計(jì)算技術(shù)才能滿足新的需求；

1. 廉價(jià)的傳感器：機(jī)器人需要各種類型的傳感器以獲得進(jìn)一步行為的指導(dǎo)，比如，視覺(jué)傳感器用于看到對(duì)象，包括形狀、位置等，紅外傳感器用于獲得對(duì)象的物理屬性等。但是現(xiàn)有的各種傳感器如果要滿足高精度的要求，造價(jià)普遍很高。因此，研制低價(jià)并同時(shí)能夠滿足機(jī)器人高精度要求的傳感器是未來(lái)的一個(gè)重要課題。

2. 實(shí)時(shí)算法：由于機(jī)器人在生產(chǎn)線上要進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，因此指導(dǎo)操作的所有底層軟件的核心算法都必須滿足各種動(dòng)作對(duì)時(shí)間的要求，這對(duì)各種實(shí)時(shí)算法提出了巨大的挑戰(zhàn)。一個(gè)非常典型的例子就是高級(jí)印刷在線檢測(cè)機(jī)器人，該機(jī)器人須實(shí)時(shí)檢測(cè)印刷品的印刷質(zhì)量是否合格，包括顏色是否有偏差遺漏、圖案是否有錯(cuò)誤或者錯(cuò)位等。由于現(xiàn)代大型印刷機(jī)的幅寬和速度都非常驚人，因此世界上只有一兩家廠商能夠提供最高端的智能印刷檢測(cè)設(shè)備。

3. 自動(dòng)修復(fù)軟件：機(jī)器人一旦應(yīng)用到生產(chǎn)線，最擔(dān)心的就是出現(xiàn)故障。當(dāng)大量的智能機(jī)器人同時(shí)工作時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)線就是一個(gè)巨大的智能系統(tǒng)。中間任何一個(gè)位置出現(xiàn)故障，都可能導(dǎo)致生產(chǎn)線停滯，甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，機(jī)器人的可靠性，尤其是集群機(jī)器人的可靠性成為未來(lái)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。自動(dòng)修復(fù)軟件，尤其是能夠根據(jù)生產(chǎn)線的不斷變化自動(dòng)升級(jí)的軟件可能是其中一種可行的解決方案。此外，在自動(dòng)修復(fù)或者自動(dòng)升級(jí)的過(guò)程中不影響生產(chǎn)安全和效率也是非常重要的因素。因此，自動(dòng)修復(fù)軟件對(duì)傳統(tǒng)的軟件技術(shù)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)新的課題。

4. 靈活可配置的機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)：現(xiàn)在機(jī)器人基本上都是針對(duì)某一類共性的需求而進(jìn)行專門研發(fā)的產(chǎn)物，每一個(gè)機(jī)器人品種都是從需求開(kāi)始，再到硬件、機(jī)械、光機(jī)電集成、軟件開(kāi)發(fā)和后期測(cè)試等流程。但是這個(gè)看似標(biāo)準(zhǔn)的流程，成本卻比較高，也對(duì)相關(guān)高端人才形成了重復(fù)需求，大量機(jī)器人公司可能都在從事類似的研發(fā)。因此，將機(jī)器人的硬件、軟件和應(yīng)用環(huán)境靈活結(jié)合在一起的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是未來(lái)的重要需求，這些平臺(tái)可以為所有個(gè)性化的機(jī)器人開(kāi)發(fā)公司所用。類似的例子可以參考工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)在使用的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它將計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)進(jìn)行整合，形成模塊化的通用平臺(tái)，對(duì)于控制技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了重要的作用。

總之，中國(guó)在國(guó)際制造業(yè)當(dāng)中處于重要位置，制造技術(shù)面臨升級(jí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨轉(zhuǎn)型。人工成本的提高使得機(jī)器人技術(shù)在中國(guó)具有重要的發(fā)展機(jī)遇，但是機(jī)器人的需求反過(guò)來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)的科學(xué)研究也提出了更高的要求。

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