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中國的工業機器人發展到了哪一步?


“工業機器人”,這個誕生於上世紀五十年代的概念發展至今已有70多年的歷史了,從簡單的抓取物體到能夠獨立成一條生產線,工業機器人行業也隨著科技的發展不斷升級。 尤其是在人工智能技術不斷普及的今天,作為製造大國的中國正在這一領域探索發掘新的可能性。

“工業機器人”這一概念的提出者名為:約翰·戴沃爾,在1954年他申請了“工業機器人”這一概念的專利。

1956年,約翰·戴沃爾和約瑟夫·恩蓋爾柏格基於戴沃爾的專利,合作建立了Unimation公司;到了1959年Unimation公司的第一台工業機器人在美國誕生,開創了機器人發展的新紀元。

彼時,二戰的陰霾剛過去不久,全世界都處在“百廢待興”的狀態。 由於已經感受過工業革命的機械化、自動化帶來的衝擊,“工業機器人”這一新鮮事物一經問世就受到了那些“科技嗅覺靈敏”的國家們關注。

當時亞洲科技領軍的日本以及歐洲工業革命發源地英國,都在第一時間察覺了工業機器人未來可能擁有的龐大市場,第一時間向美國的科技公司購買了專利和技術授權,並在本國大力發展機器人技術,發那科、川崎重工、ABB等等多家到現在都知名的工業機器人企業,都是在那個年代崛起的。

時間來到2020年,雖然從時間上看,我們到了那個所謂的“未來”,但是工業機器人的發展似乎並沒有達到人們預測的那樣成熟。 為了更進一步了解工業機器人的發展現狀與未來趨勢,InfoQ採訪到了星瀚資本創始人楊歌,作為工業機器人行業十餘年的關注者,他對於這個領域有不少獨到的見解。

工業機器人發展到了哪裡?

在回答這個問題之前,楊歌認為有必要先對“工業機器人”做一個定位,他覺得,工業機器人屬於多學科、綜合技術類型的專業,有較強的先進性,同時還具有很高的複雜性。

除此之外,工業機器人還是一個需要很多行業來進行組合的複雜生態行業。 高端裝備製造、新材料、自動控制、人工智能等等都是工業機器人的重要組成部分,而這其中任意一環也同樣擁有著複雜的生態,比如軟硬件的組合、信號傳輸等等。

雖然機器人一直以來被認為是“集科技之大成”的產物,但是羅馬並非一天建成,工業機器人也不是一開始就這麼複雜。 楊歌告訴記者,行業普遍認為的工業機器人發展可以分為五個階段。

階段1:RPA

工業機器人第一個階段叫做RPA,機器人過程自動化,直白一些的翻譯就是:自動化流水生產線。 楊歌說,這種機器嚴格來說還算不上機器人,因為它們大部分都只有一個機器臂,比如很多製造工廠裡的有機械自由度的智能化機械手臂。 這種傳統智能化機械手臂,說是智能化,其實它沒有智能,其本質就是數字控制,用來從事流水線化的工業生產。

階段2:AGV

第二代工業機器人叫做AGV,自動導引車。 與上一代不同的是,AGV已經有了一些簡單的人工智能技術,比如能夠自動導航的小型貨運機器人。 楊歌表示,這類機器人雖然具備一定的識別能力,比如通過紅外線、雷達或者攝像頭進行的圖像識別,並且這些機器人有一定的自處理能力。 最典型的應用就是在亞馬遜的物流倉儲體系裡,用於運貨的機器人(見下圖);民用場景裡AGV也有一定的應用,比如現在一些酒店裡的服務型機器人,或者家用的掃地機器人等等,都屬於AGV的範疇。

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楊歌說:“因為AGV的機械工程複雜度相對比較低,在C場景裡更偏向消費品,在B場景裡更偏向一個簡單的工具,它只是一個機器人智能化的雛形。”

階段3:AI驅動的RPA

第三代工業機器人是由人工智能驅動的RPA。 以前的流水化生產線裡邊的機器人是不具備自適應性能力和人工智能算法的,但是隨著人工智能在近十年的時間裡飛速發展,這一代機器人,具備了人工智能算法,由AI驅動了RPA的升級。

提到這一代機器人的發展,楊歌分享了他在不久之前的一次經歷。 在參觀工業富聯生產流水線之時,楊歌發現,已經有很多的生產工作在與AI+RPA結合,比如圖像識別、運動機能控制、設備的自適應協調等等,這些人工智能在未來會得到越來越多的使用,使得生產流水線越來越複雜,也越來越智能化。 他補充道:“這樣的流水線被稱作’燈塔實驗室’,意思是整個流水線裡,沒有人只有燈,只有這些AI驅動的這些工業機器人在勞作。”

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楊歌表示,在他的定義裡面,這樣的流水線可以看作是“工業4.0”的雛形。 他解釋道,工業4.0就是工業信息化、數字化和智能化,而對於機器人來說,一個很重要的點就是:它們需要數據,要有數據的積累、要有數據的響應、反應控制、要有邊緣計算;有的機器人相對比較簡單,可以用一條流水線上的小型機,或者簡單的電腦來處理它的計算,但更多的機器人,需要更加複雜的計算,如果處理量再增加,則還需要雲計算。

階段4:AMR

第四代工業機器人被稱為AMR,Automatic Mobeltic Robotic。 當第三代的智能化流水生產線的機械手臂,越來越具備智能化算法的能力的時候,機器人的運動機能和視覺識別也就會越來越強,第四代機器人AMR可以被稱作“獨立行走的工業化機器人”。

楊歌說:“事實上,AMR是在前三個機器人的基礎之上誕生的,只有在前三代分別成熟的時候,AMR才會比較成熟。”

楊歌認為,目前最為人熟知的AMR就是波士頓動力機器狗。 2020年6月,波士頓動力宣布,機械狗開放向普通消費者進行銷售,引發了全球對機器人的又一波熱烈討論。 波士頓動力已經做了十年的機器人,從四足機器人到目前已經可以進行複雜運動的兩組機器人,波士頓動力一直在升級其技術。 雖然現在目前來看,這類機器人有很多地方還不是特別成熟,但是再向前發展,這些機器人很可能就會變成電影裡出現的那種全能型高級機器人。

階段5:完全體機器人

第五階段就是高級的完全體機器人,全能且使用。 不過,按照技術發展的情況來看,我們目前仍處在第三階段的初期,離AMR的完全實現仍然需要一段時間,更不要說這種高級的機器人。 楊歌也表示今天的機器人要達到完全體的水平至少要有10-20年的時間。

中外生態與技術差異

了解工業機器人行業的現狀之後,我們可以總結出這一行業如下的特徵:

1.生態復雜

如前文所述,需要很多行業、企業一起進行組合。 在這個龐大的生態裡面,需要企業有一定的生產製造能力,也需要有一定的進口能力進行輔助支持,因此不難看出,工業機器人是一個生態復雜型行業;

2.技術複雜

工業機器人行業需要其他行業、企業進行組合,這些行業、企業負責的每一環製造、生產也都涉及復雜的技術,當應用這些技術的產品組合在一起時,有需要其他更複雜的技術來進行連接、運行,這也造就了工業機器人技術複雜的特徵。

有了上述兩大復雜性特徵的前提存在,中外工業機器人行業的發展也就因此產生了差距,這種差距同時存在於生態和技術上。

由於一些眾所周知的原因,目前中國面臨的國際關係有些緊張,直接導致了進口能力的下降,這在一定程度上也影響到了中國工業機器人行業的發展。

而從技術上來說,雖然近年來中國在軟件、硬件等方面均有所追趕和進步,但是總體上來說中國與其他國家在工業機器人領域的差距仍然存在。

楊歌在談到這一問題時表示,首先要從認知上進行劃分。 根據他的觀察,中國很多企業都是沿著需求進行研究與發展,因而創出了一條基於商業化和工業化的生態,這種生態雖然在中國是有一定環境的,但是這類生態的科技迭代能力相對而言不是最優的,它只是基於需求、基於市場、基於工業和傳統製造逐漸轉型的需求進行的技術迭代。

簡單來說,中國是由市場提出需求,從而驅動生產和研發;而國外,比如美國的生態則是科技引領生產力,帶動研發和產品驅動市場。 這是中外在生態層面上的明顯差別。 因此,在這樣的生態下,國內研發的技術大都屬於中腰部技術,而很少有頂級的、前沿的科技轉化技術。

“後疫情時代”的機遇

2020年,世界發生了太多大事件,而對全球科技、經濟等市場造成影響最大的就是新冠肺炎疫情了。

今年上半年,在新冠肺炎疫情影響下,全球的科技產業都處在比較低迷的狀態,雖然催生出了線上辦公的熱潮,但是工廠停工、製造放緩,很多傳統企業對於自動化產品的需求也沒有那麼強烈了,這也直接影響了工業機器人行業。

但是,困難與機遇往往並行出現。 時間來到2020下半年,隨著國內疫情得到逐步控制,大批企業紛紛復工,為了能夠盡快恢復生產並節約成本,自動化設備重新進入了人們的視線。

疫情能否作為機器人技術發展的一個關鍵節點? 楊歌認為是可以的,同時疫情的出現對於行業來說也有一定的影響,尤其從長遠角度來說,疫情加速了市場給工業機器人這樣一個新的行業騰出生產環境的進度。 但是,工業4.0和智能化機器人的研發速度是否也會被推動? 楊歌則認為不可過於樂觀,雖然工業機器人引起了更多人的重視,但實際上不過是因為有更多人力和資金注入到了這個行業,從更長遠的時間跨度上看,未來幾年工業機器人會有所發展。

除了疫情,近期熱議的“新基建”也被認為是工業機器人能夠大展身手的平台。 但是楊歌說,新基建與工業機器人之間還隔了一樣東西——IoT,即物聯網

他解釋說,舊基建時代,水、電、熱力、通訊信號、網絡傳輸等等基礎建設為新基建提供了穩定的基礎;當這些基本的設施、技術得到了普及與穩定發展之後,到了新基建時代,5G、邊緣計算、人工智能芯片、特高壓等等才能得到好的發展,也因而又成為了物聯網的基礎;當5G基站、AI芯片、邊緣計算等一系列設施普及之後,工業機器人這樣的行業與產品也會自然而然地獲得茁壯發展的土壤。

所以,楊歌認為,新基建與工業機器人的發展是一個間接影響的關係,而它們中間的物聯網發展成熟與否格外重要,他說:“新基建的成熟實際上是智能製造行業加物聯網行業成熟的一個基礎過程,只有這個階段成熟了機器人行業才能大發展,他們之間是一個二階關係。”

工業4.0,中國更加需要全球化

智能製造行業是一個非常典型的多複雜學科交織的行業,一個看似簡單的產品中可能集成了全世界各個頂級公司的頂級研發成果,所以它非常需要全球化、非常需要開放與合。

中國目前在很多行業領域裡都具有比較強的自研生產能力,在全球範圍內,楊歌認為中國在生態系統生產完整度上都是最完整的:小到市場需求、中到工業生產、大到前沿研發,中國都是世界少有的可以完整包含全流程的一個國家。

但即便是這樣,在最前沿的智能製造領域,以及工業4.0的發展浪潮中,由於這些行業的複雜度遠不是一個國家依靠自身系統能夠完成的,所以未來的中國更加需要全球化,需要與各國進行交流,中國如此,世界其他國家更是如此。