機(jī)器人在中國的興起與發(fā)展

大約兩年前，全世界工業(yè)機(jī)器人的銷售總量約為16.8萬臺，而同年在中國，機(jī)器人銷售量約為3.8萬臺，占世界的20%，之后還在以每年30%的速度增長。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，你會觀察到中國供應(yīng)商的數(shù)量突然之間有了顯著增長，那時如果你去上海的話，就會看到非常多的機(jī)器人公司。如果按照這種趨勢發(fā)展下去，兩年之內(nèi)，中國生產(chǎn)設(shè)備中的工業(yè)機(jī)器人會比歐洲、美國、日本和韓國還多。這是現(xiàn)實(shí)，并且正在發(fā)生。是什么在驅(qū)動這一改變呢？

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。中國目前擁有超過400家機(jī)器人公司，今年機(jī)器人銷量的1/3是由國內(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）是一家位于深圳無人機(jī)制造公司，今年被《福布斯》估值為100億美元，說明這家機(jī)器人公司已成長到了一定的規(guī)模；沈陽新松機(jī)器人是目前中國工業(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)展的速度都非常快。這說明中國正在成長為一個“機(jī)器人國家”，這是一種成功。

另一方面，市場的需求。現(xiàn)在世界上機(jī)器人利用比例最高的是韓國，平均1萬名工人中有396臺機(jī)器人，中國是23臺，預(yù)計(jì)在未來幾年里會增長到200臺，這里蘊(yùn)含了巨大的需求空間。有分析認(rèn)為，根據(jù)日本、韓國的經(jīng)驗(yàn)，一個國家的人均GDP達(dá)到6000美元左右時，機(jī)器人的應(yīng)用就會出現(xiàn)快速增長，中國已到這一臨界點(diǎn)。
中國對于機(jī)器人的需求相比于其他國家更加多樣化。中國的產(chǎn)業(yè)多樣、文化多樣，使得中國具有世界上最多的產(chǎn)業(yè)類型，有些還是中國特有的產(chǎn)業(yè)。中國豐富的食品加工業(yè)就是一個例子，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)器人等幾個階段，每個階段都是技術(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)，使得過去很多無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)時計(jì)算、復(fù)雜動作的規(guī)劃和計(jì)算變得可行，這些都離不開技術(shù)的發(fā)展。



盡管從趨勢上看，機(jī)器人在中國擁有巨大的潛力，但也面臨很多挑戰(zhàn)：價格需要降低，現(xiàn)在的機(jī)器人價格都過于昂貴，在過去幾年中，機(jī)器人價格已經(jīng)由50000美元降低到25000美元，但這個價格依然太高。中國需要更便宜的機(jī)器人，比如5000美元顯然是個更現(xiàn)實(shí)的數(shù)字。同樣的事情也發(fā)生在中國臺灣，臺達(dá)電子公司正致力于生產(chǎn)10000美元一臺的機(jī)器人，這是受市場需求驅(qū)動的。對于低價機(jī)器人的需求來自多個方面的現(xiàn)實(shí)原因：

1. 取決于機(jī)器人投入產(chǎn)出比�？偟膩碚f，中的勞動力成本較低，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)器人價格過高，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，這種趨勢還將持續(xù)較長時間。

2. 機(jī)器人的數(shù)量決定了價格高低。由于機(jī)器人的研發(fā)需要很大的前期投入，若數(shù)量沒有達(dá)到一定規(guī)模，其成本不可能降得很低。一旦中國的機(jī)器人銷量足夠大，5000美元的低價機(jī)器人也將成為可能�，F(xiàn)在歐洲和美國還沒有生產(chǎn)出這樣的機(jī)器人。5000美元機(jī)器人的出現(xiàn)會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，這才是我真正想說的事情。這種機(jī)器人會激發(fā)出很多方面的應(yīng)用，比如高級制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、老年護(hù)理、災(zāi)難應(yīng)變等等。這種低價機(jī)器人會深遠(yuǎn)地影響眾多領(lǐng)域，當(dāng)然，在創(chuàng)造市場的同時也會毀滅一些市場。

智能性需要提高，我們來看看另外一個故事。大家都知道富士康CEO郭臺銘，他在2011年時預(yù)測，到2014年時他們會安裝100萬臺機(jī)器人，然而實(shí)際上在生產(chǎn)線上工作的卻只有1萬臺機(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，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應(yīng)對大量非標(biāo)準(zhǔn)化的動作和行為。此外，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的分工越來越細(xì)化，大量的工序需要互相配合。所有這些機(jī)器人應(yīng)用的問題都需要站在更高的層面來解決，其核心問題是需要計(jì)算機(jī)科學(xué)界開發(fā)出更多的控制軟件，而不僅僅是簡單的機(jī)器硬件。



對于計(jì)算領(lǐng)域來說，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，視覺傳感器用于看到對象，包括形狀、位置等，紅外傳感器用于獲得對象的物理屬性等。但是現(xiàn)有的各種傳感器如果要滿足高精度的要求，造價普遍很高。因此，研制低價并同時能夠滿足機(jī)器人高精度要求的傳感器是未來的一個重要課題。

2. 實(shí)時算法：由于機(jī)器人在生產(chǎn)線上要進(jìn)行實(shí)時操作，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作對時間的要求，這對各種實(shí)時算法提出了巨大的挑戰(zhàn)。一個非常典型的例子就是高級印刷在線檢測機(jī)器人，該機(jī)器人須實(shí)時檢測印刷品的印刷質(zhì)量是否合格，包括顏色是否有偏差遺漏、圖案是否有錯誤或者錯位等。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設(shè)備。

3. 自動修復(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)器人同時工作時，整個生產(chǎn)線就是一個巨大的智能系統(tǒng)。中間任何一個位置出現(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研究的重點(diǎn)問題。自動修復(fù)軟件，尤其是能夠根據(jù)生產(chǎn)線的不斷變化自動升級的軟件可能是其中一種可行的解決方案。此外，在自動修復(fù)或者自動升級的過程中不影響生產(chǎn)安全和效率也是非常重要的因素。因此，自動修復(fù)軟件對傳統(tǒng)的軟件技術(shù)來說也是一個新的課題。

4. 靈活可配置的機(jī)器人開發(fā)平臺：現(xiàn)在機(jī)器人基本上都是針對某一類共性的需求而進(jìn)行專門研發(fā)的產(chǎn)物，每一個機(jī)器人品種都是從需求開始，再到硬件、機(jī)械、光機(jī)電集成、軟件開發(fā)和后期測試等流程。但是這個看似標(biāo)準(zhǔn)的流程，成本卻比較高，也對相關(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)合在一起的開發(fā)平臺是未來的重要需求，這些平臺可以為所有個性化的機(jī)器人開發(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，對于控制技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了重要的作用。

總之，中國在國際制造業(yè)當(dāng)中處于重要位置，制造技術(shù)面臨升級，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)在中國具有重要的發(fā)展機(jī)遇，但是機(jī)器人的需求反過來對計(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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