譚建榮院士：揭示機器人發展的三大趨勢、七大路徑、四大障礙

智能製造和機器人是我們國家的重大專項，5月16日上午的報告中，在數字化設計與機器人設計方面做出傑出貢獻的中國工程院院士，浙江大學教授譚建榮發表了《智能製造與機器人應用：關鍵技術與發展趨勢》的主題演講，主要分享了他對於未來智能製造、機器人技術、數字化車間等層面的研究與思考，並揭示了機器人發展的三大趨勢、七大路徑、四大障礙。

下面為報告的全部內容：

各位領導，各位專家，大家上午好。會務的組織者要求我在今天第一個發言，我覺得壓力很大，去年我在這個場合已經作了一個報告，今年再作一個報告。對於我們老師來說，去年講過的今年不能重複，要把新的研究，新的體會向在座的各位領導、各位專家彙報。今天作彙報，我的題目是《智能製造與機器人應用：關鍵技術與發展趨勢》。

智能製造的三大核心技術

我來自浙江大學，主要從事數字設計、智能製造與虛擬現實方面的研究。現在國際上有3個振興製造業的戰略計劃：首先是美國的先進位造計劃；然後是德國的工業4.0；在中國工程院建議和推動下，我們中國也頒發了中國製造2025。中國製造2025提出了中國從製造業的大國轉變為製造業強國的具體路線技術。這三大戰略計劃提出的背景不一樣，我們所處的階段不一樣。但有一點是相同的，三大戰略計劃核心問題都是智能製造。

這三大戰略計劃最根本最核心的問題，就要聚焦到智能製造。所以，現在我們中國構造智能製造、構造數字化車間的激情很高，政府激情很高，專家激情很高，企業也很熱。但是如何構造一個智能製造的環境、構造一個數字化的車間？我個人體會，有這幾項技術比較重要：

第一個是機器人技術。我們要做到智能化，自動化，數字化，機器人技術是首當其衝。

第二個是人工智慧技術。智能製造要用到人工智慧技術，智能製造的含義是什麼？我個人認為，智能製造就是智能技術與製造技術的融合，用智能技術來解決製造當中的問題，更確切地說，智能製造是人工智慧技術在製造業當中的應用。但這個智能並不是人的智能，為什麼這麼說？因為在人工智慧以前，幾千年的人類歷史發展過程當中，製造業生產出無數的產品，每一件產品都閃耀著人類智慧、智能的光芒。所以，即使以前不用人工智慧產品也體現了人的智能，因為設計加工和裝配製造，都要動腦筋，都要用到人的智能。所以，我們這次提到智能製造就是要把人工智慧技術用到製造業當中。

第三就是數字化技術和網路化技術，這個最基礎。當然作為製造業本身，產品的設計技術、產品的製造技術是最基礎的，也是最根本的。我們用機器人技術，運用人的智能技術，利用數字化技術，利用網路化技術，最根本的目的是提升產品的設計能力、產品的製造能力。

智能製造也是高端裝備製造業發展的必然趨勢，數字車間與工業機器人的應用是智能製造很重要的內容，也可以說是它的主體內容。通過數字車間中機器人的推廣應用，不但提高機器人智能化水平，使其能夠替代人的體力勞動，而且能夠替代一部分腦力勞動。

數字車間這個過程是老早提出來的，人們一直在努力。首先是機器換人工；第二要實現自動化，自動化就是自動化換機械；第三個就是成套化、集中化，就是成套化換單台的流水線，這是智能換數字。這個智能換數字，智能化和數字化有什麼區別？

我個人認為數字化還是以數字技術為主。我們現在做大數據，有了數字，就產生了大量的數據——設計的數據、加工的數據、裝配的數據。把這些數據凝練出來並用知識來指導我們的設計、加工，這就是智能化。

現在做機器人很熱，關於機器人的發展，在座做機器人都很清楚，我們從機器人的發展歷程來看下一步我們應該做什麼。

其實，機器人概念不是做技術的人提出來的，而是文學家提出來的。1920年，捷克作家K·凱比克在一部科幻劇本中首次提出了ROBOT這個詞。現在已被人們作為機器人的專用名詞。所以創新不是單學科的事，也不僅僅是技術上的事。

1950年，美國作家阿西莫夫提出了機器人學和機器人的三個原則。現在做機器人還必須要遵循這三個原則：第一機器人不可傷人；第二機器人必須服從人給予；第三在與前兩項原則相矛盾的情況下，機器人可維護自身不受傷害。我們做了幾十年機器人，還必須要遵循文學家提出的三個初始原則，要不忘初心。

機器人技術真正的發展，應該是50-60年代的事。美國的G·C·Devol首先發表了第一個「通用機器人」專利。1960年，美國AMF公司首先生產了柱坐標型Versatran機器人，可以進行定點位和軌跡控制。這是至今為止世界上第一種可以用於工業生產上的機器人。

機器人發展的三大趨勢

通過機器人幾十年的發展，我個人認為它有三個大的趨勢：

1軟硬融合

機器人軟體更重要，因為人工智慧技術體現在軟體上，數字化車間的軌跡規劃、車間布局、自動化上料都需要軟硬體相結合，只開發硬體還不夠，還需要大量的軟體開發人員。因此，現在做智能製造，既要懂機械，又要懂信息技術，尤其是機器人的控制技術。

2虛實融合

機器人不是孤立的，通過大量模擬、虛擬現實，把虛擬現實與車間實際加工過程有機結合起來。

3人機融合

人、機器和機器人如何有機融合？這值得業界深入思考。

機器人發展的七大途徑

根據這三大趨勢，機器人應該怎麼發展呢？

1從串聯機器人到串並混聯機器人

最早的機器人以串聯居多，隨著市場的發展，現在既要用到串聯的機器人，又要用到並聯的機器人。串並聯機器人兼有並聯機構的剛度大和串聯機構控制空間大的優點。這是機構學研究的重點，同時也為進一步研究和應用機器人指明了方向。

2從剛體機器人到剛柔體機器人

現在不僅要剛性的，而且研發柔性的機器人，比如說英國有一個公司就研發了蛇型機器人。現在很多學校也研發了類似的機器人，有仿象鼻、章魚須或蛇等柔性多節結構的靈巧關節工業機器人。柔軟性是工業機器人關鍵的特點，通過柔體可提高機器人末端或本體的可達性和靈活性。可達性是柔性機器人最大的優點，我們在做航空構建上有些孔很深，常規方法打不進去，用柔性機器人就很方便，可以解決可達性和靈活性的難題。

3從單機器人作業到多機器人協同工作

這是現在機器人發展的一個趨勢。單機器人在製造空間的分布性、功能的分布性、任務的並行性以及任務作業的容錯性等方面存在局限型，需要通過多個機器人協同工作。構建數字化、智能化的車間，就一個機器人不行，特別是大尺度的焊接裝備，靈活性，可靠性、負載的能量等等都需要多機器人來協同工作。這裡主要有這麼幾個問題：第一個多機器人之間怎麼通訊？第二個公共工作空間互鎖，如何能夠防止干涉？第三個如何實現整個作業任務的協同？根據工作不同，工作空間不同，工作任務不同，採用不同的群控方法。

4機器人技術與物聯網技術相結合的應用

機器人不是孤立的，而是系統工程，我們要做到機器人技術與物聯網技術相結合。前幾年我們浙江省推廣物聯網，效果明顯，通過工業機器人和物聯網的結合，催生智能柔性的自動化的裝配焊接。通過物聯網，工業機器人具有感知的能力，也就具有了視覺、觸覺，甚至味覺，能夠實施採集生產過程中的各種數據。

5技術與虛擬現實結合的應用

這個在現實裝配當中非常有必要，我們團隊開發了一個虛擬現實結合系統，具有直觀簡便的特點，可以減少對機器人依賴度，降低生產成本，提高生產效率，可以進一步消除機器人的安全隱患。通過虛擬現實的模擬方針，機器人每一個軌跡、每一個位置，都在我們的預料和控制當中，防止出現意外。

6機器人技術與模式識別技術結合的應用

模式識別用於機器人的檢測特別有效，能夠檢測機器人加工的零件，有沒有質量瑕疵，有沒有不符合技術條件，有沒有超、差。所以我們要把機器人與模式識別技術結合。

7機器人技術與人工智慧相結合的應用

通過感測檢測、人工智慧、人機交互等技術與機器人技術的融合，使機器人能夠直接與人並肩工作，消除人機之間的隔離防護。現在很多地方，機器人都需要被控制在一定範圍之內。為什麼？因為人進去可能會跟機器人產生衝突，有對人身造成傷害的隱患。當機器人技術與跟人工智慧相結合，機器就人不再被固定在安全工作地點，而是和人一起協同工作。這是機器人最本質的特徵，但是真正要做到這一點，難度還很大。

推廣機器人的四大障礙

目前，機器人發展火熱，但企業在做數字化車間，推廣智能製造時還存在四大障礙。

1三個密集型製造模式

我們過去三個密集型就是勞動力密集型、資源密集型和污染密集型。改革開放三十年以來，製造業取得很大的發展，這個不容否定。同時，製造業也存在很大的問題。我們既要看到製造業的成績，也要看到問題。三個密集型製造模式是第一個障礙。

2仿製為主的技術路線

改革開放以來，浙江、江蘇、廣東、山東沿海經濟的發展都比較快，但是企業大部分產品都是以仿製為主，特別是區域經濟的帶動。區域經濟是什麼意思？就是一家做領帶，然後家家戶都做領帶。在短缺經濟的時候，塊狀經濟起了很大的作用，解決東西短缺的問題。但是現在市場經濟成熟了，幾乎每個行業都出現了產能過剩，所以仿製為主的技術路線成了很大的問題。

3低價競爭的營銷策略

現在很多企業把價格作為最大優點，性能價格好就是賣得便宜。產品由於遵循了仿製為主的技術路線，剛生產出來，可以賣100塊，但是再過半年，旁邊一個廠生產出來就賣80塊，再過半年另一個廠生產出來賣60塊，等到賣60塊的時候誰都沒有錢賺。所以製造業存在的困難和問題很大程度是低價競爭的營銷策略造成的。

4粗放生產的車間管理

目前很多企業還是粗放型的，用機器人根本解決不了問題。這不是機器人的問題，而是精益生產的問題。

為此，關於工業機器人的應用，我要提幾點建議：

第一個是推廣工業機器人，首先要創新設計先行。做智能製造、機器人應用，效率固然大大提升，但是，這隻解決了產品怎麼做的問題，至於做什麼的問題還沒有解決。而企業家現在最關心的就是做什麼產品能夠賣得出去，所以要創新設計先行。

同樣的商品，機器人應用推廣的好，我覺得有兩個層面原因：第一個層面是機器人的推廣公司，要熟悉產品、工藝流程，與現有的工藝深度融合，才能取得作用。這是第一個層面，但是還不夠，還有第二個更高的層面，利用自動化、數字化、智能化的手段對機器人原有的工藝進行改進和重組，不能用先進的技術固化陳舊的工藝。無論是產品，還是工藝，創新設計是我們推廣機器人的重要前提。這並非是把機器人和現有東西固化起來，而是生產高附加值的創新性產品。

第二個是工業機器人應用要與大數據相結合。機器人能夠看得到，聽得到，有感知能力，就需要大量的數據。第三個是工業機器人應用要與模式識別相結合。除此之外，工業機器人應用還要與虛擬現實結合。第五個是工業機器人應用要與精益生產相結合。只有通過這五個結合，才能把機器人用得更好。現在有一些企業使用機器人的效果還不是太明顯，就是因為這五條沒有做好。所以，推廣機器人還是一個系統工程。

以工業機器人為主線構造智能製造與數字車間關鍵技術，前面我們講了很多趨勢和一些宏觀的技術。具體還有一些技術，包括機器人布局設計、機器人上料、機器人精確定位、機器人的裝配、機器人的視角和整個生產線的工作，以及車間的系統集成。我們研究提出了這些技術，並在企業得到很好的應用。

通過這些技術可以解決運動精確性、平穩控制問題，以及多機高效協同性問題，可使機器人的工作具有靈活性、精確性、平穩型和協同性。我們在這個方面也取得很多發明專利，在國外比較高水平的期刊上也發表了論文。這個應用到企業的汽車車門焊接線布局，也解決了一些技術難點，包括三維空間的干涉和整個工作流程協同持續。這裡講三個流：一個是人流，我們不是搞無人工廠，人還是要流動；第二個是車門框架物流；第三個就是機器人工作流。這三股流如何配合并做到持續的協同——我們持續上的協同，空間上的協同，任務的協同，三大協同。

最近我們又做了一個解放軍的軍車齒盤自動化生產線，這個生產線對焊工業進行了重新的研究和系統集成，大大提升了效率。這是實驗中一個錄像，我們在實驗室，我的學生在實驗室做錄像，一個機器人把齒盤拿起來，定位準確，還有一個機器人現場焊接，這個大大提高了表面對焊的質量。

這是我們開發的虛擬實教系統，我們把不同的機器人、不同的企業生產機器人在統一界面上進行互換性操作。這個方面我們做了自動化車間的布局設計。

因為時間關係就不多展開，我就講到這裡。謝謝大家。

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