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硬通貨:機器人與智能制造技術(shù)的方向與未來

2016-07-07 08:17 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:丁漢 來源:硬度idu
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"離開了產(chǎn)品創(chuàng)新,單獨談智能制造,這純粹就是炒概念,必須要是為了這個產(chǎn)品創(chuàng)新,智能制造怎么樣使它縮短,使創(chuàng)新更加方便。""中...

  "離開了產(chǎn)品創(chuàng)新,單獨談智能制造,這純粹就是炒概念,必須要是為了這個產(chǎn)品創(chuàng)新,智能制造怎么樣使它縮短,使創(chuàng)新更加方便。""中國制造2025核心就是以智能制造為主攻方向。我覺得實現(xiàn)什么化不重要,最重要是把產(chǎn)品質(zhì)量搞上去,效率搞上去,怎么贏得市場。在市場上站穩(wěn)腳跟,這是更重要的。""所以制造行業(yè),永恒的主題還是高品質(zhì)。""設(shè)計是靈魂,設(shè)計帶動我們的發(fā)展。"中國科學院院士,華中科技大學數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室主任丁漢教授在第三屆中國機器人峰會暨全球海歸千人寧波峰會上的主題報告《機器人與智能制造技術(shù)》,根據(jù)語音整理,全文如下:

  尊敬各位來賓,各位專家,大家上午好。今天非常榮幸有這個機會來參加第三屆機器人峰會,也有機會把我在智能制造方面一些體會跟大家分享一下。我報告主要分三方面進行,首先講一下智能制造技術(shù),第二個討論一下機器人技術(shù)的發(fā)展思考,第三個介紹一下近期的工作。

  大家知道我們國家的制造業(yè)的現(xiàn)狀應(yīng)該來講體量是很大的,主要的不足可能在于一些核心技術(shù),以及創(chuàng)新能力和國際上的差距比較大。我們整個國家的制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,應(yīng)該是參差不齊的??赡茉谕粋€表現(xiàn)規(guī)?;?、數(shù)字化,智能化的并行狀態(tài),有些企業(yè)的產(chǎn)業(yè)的水平比較高一點,可能已經(jīng)達到了一些數(shù)字化和智能化。

  但是有些企業(yè)還處再一個水平比較低端,人工作業(yè)的階段。在這個過程中我們怎么樣能夠創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,我覺得一方面要解決好產(chǎn)品創(chuàng)新的問題。因為產(chǎn)品創(chuàng)新是引領(lǐng),制造,包括機器人技術(shù)是給一個保障。所以產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)該是一個行業(yè)的龍頭,一個產(chǎn)品可以帶動一個行業(yè),產(chǎn)品模式創(chuàng)新也是很重要的。所以我們今天講智能制造技術(shù)應(yīng)該更加大方面的概念,但是我們國家目前來講跟國際上相比,可能主要在這個整個的創(chuàng)新能力和我們的關(guān)鍵技術(shù)的方面,我們跟國際上發(fā)達國家所謂制造強國有一個比較大的距離。

  我們國家的制造業(yè)應(yīng)該經(jīng)歷了這四個階段,從最早的起步階段到成長階段,已經(jīng)到崛起階段。那么到今天這樣的階段是非常關(guān)鍵的階段,就是轉(zhuǎn)型階段。那么這個階段,我覺得挑戰(zhàn)性更加大。面臨的問題更加的多。我們經(jīng)歷了從無到有,從小到大,但是如何解決從大到強,這個使命非常艱巨的,并且花的時間也會比較漫長。需要的心態(tài)更加需要平和一點。那我們國家在這個方面,實際上高度重視,中科院,包括國家發(fā)改委、財政部、工信部出臺了相關(guān)的智能制造的專項。國務(wù)院去年發(fā)布中國制造2025計劃,把中國制造提到國家戰(zhàn)略高度,所以制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和制造強國是我國將來實現(xiàn)必然的選擇。那么,這個中國制造2025核心就是以智能制造為主攻方向。

  大家知道我們從工業(yè),現(xiàn)在提得比較多是工業(yè)4.0,實際上來講,最早我們工業(yè)是從蒸汽機,解決大批量的生產(chǎn),慢慢隨著數(shù)控機床和機器人的出現(xiàn),進行了數(shù)控化,叫做數(shù)字化時代。那么,所謂的智能化,我覺得更加漫長一點,像智能化更加跟傳感技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能技術(shù),包括大數(shù)據(jù)技術(shù)密切相關(guān)的,所以智能化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)更多一點。

  這里面確實牽涉到局部突破的問題,每個企業(yè)特點不一樣,不是一定要實現(xiàn)智能化。我覺得實現(xiàn)什么化不重要,最重要把產(chǎn)品質(zhì)量高上去,效率搞上去,怎么贏得市場。在市場上站穩(wěn)腳跟,這是更重要的,但是有些企業(yè)行業(yè)的變化特點,周期變化非常快。必須要驅(qū)動,所以有些企業(yè),做導軌的,我最近剛剛到瑞典去了,那個東西變化不快,導軌要做好。一個導軌可能我們最近買的都是好幾百萬,但是它的東西不要搞那么大的智能化、數(shù)字化。可能需要工匠精神更加大一點。但是確實有一些行業(yè)變化非常大,沒有一個很好數(shù)字化,信息化手段響應(yīng)不了市場,反映速度慢就失去了市場。

  這個智能制造的概念很大。我覺得概念不大,但是內(nèi)涵很重要,無非這個過程中如何把人的知識,能夠積累,能夠推理,并且在這個過程當中工藝知識不斷積累,同時在這個過程中裝備,有它自己進化能力,最后的目的我覺得還是實現(xiàn)高品質(zhì)的制造。

  所以制造的行業(yè),我永恒的主題還是高品質(zhì),高效的制造是永恒的核心,不管叫什么名字,這個是永恒的。這里面大家通過現(xiàn)在的信息化的手段,能夠使得它這個裝備的性能,有一個適應(yīng)能力,同時使它工藝知識不斷的積累,制造業(yè)很重要一個特點就是要長期的積累,工藝知識的積累很重要。而不是說買了幾個機器人回來買了幾個裝備就是智能化了。那個可能差得比較遠。最近我們做機器人的一個實驗,現(xiàn)在最難做的,最困惑是工藝的膜剖(音),這里需要一個長期的積累,但是智能制造里面可能有幾個核心的部分,一個就是我們講的數(shù)字制造,一個就是載體,機器人。但這里面貫穿整個過程的還是一些人工智能的技術(shù)。

  這里面簡單講了一下智能的發(fā)展,牽涉到一些系統(tǒng)、軟件,包括一些傳感器,這里面涉及到的問題還是比較多一些。有很多跟制造業(yè)相關(guān)的技術(shù)。

  智能制造的發(fā)展應(yīng)該是有積累的,我覺得智能制造最早應(yīng)該得益于數(shù)字化,這是一個基礎(chǔ)。就是KAPP、RE、RP技術(shù),雖然離開數(shù)字和談智能化是空話。

  隨著這個互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),資源可以動態(tài)的存儲,這里面慢慢的通過一些方法,就能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。智能化體現(xiàn),它的過程可能在產(chǎn)品設(shè)計里面更加重要。我們譚院士談了產(chǎn)品里面的智能化。因為設(shè)計是靈魂,設(shè)計帶動我們的發(fā)展。這個里面有智能設(shè)計和制造過程,制造過程就是對狀態(tài)進行感知,分析、決策,最后到執(zhí)行。所以講智能制造也不是一蹴而就的,也是分這樣幾個階段,從我們最早的開幕技術(shù)到互聯(lián)網(wǎng)資源共享,到人工智能和手段的出現(xiàn),慢慢走向智能化,所以智能制造是一個長遠的堅持不懈的追求目標。

  而不是僅是一個概念的階段。但是智能制造有幾個核心特征,我覺得最主要的就是通過數(shù)字化、智能化手段可以把客戶的需求,到產(chǎn)品的開發(fā),產(chǎn)品的生產(chǎn),產(chǎn)品的服務(wù)可以串成一個整線,這是最主要的,另外一個很重要的第二條線,就是在內(nèi)部一條線,在設(shè)計、生產(chǎn)、物流到營銷兩條線,所以智能制造要實現(xiàn)這兩個線的集成,一個是客戶到產(chǎn)品服務(wù)的這個線貫穿。

  第二個在這個過程中,從設(shè)計到生產(chǎn),到物流,整個過程是一個很大的范疇,我們每位老師,每個企業(yè)只能做其中一部分。這是我個人對智能制造的一個特征的理解。我認為有兩條主線一個就是客戶需求到產(chǎn)品服務(wù),一個定單設(shè)計開始,圍繞這個設(shè)計,怎么樣組織生產(chǎn),怎么樣組織物流,怎么樣組織營銷,這兩條主線做得比較好的話確實能夠帶動技術(shù)的進步。提高企業(yè)競爭力,為企業(yè)帶來實在的實惠,幫助轉(zhuǎn)型升級。這里面最為核心是產(chǎn)品的智能化更加核心,大家知道智能的產(chǎn)品,帶來了很大的一個變化,就是最近提到了深圳大江做無人機,幾年前我看幾個小伙子搗鼓,能夠到現(xiàn)在六七十個億,我們國家很多中低端產(chǎn)品還是在過剩,但是供不應(yīng)求在一些中高端,所以設(shè)計的改變一點,可能帶來一場非常大變化。

  所以我個人認為智能制造很重要的特點就是產(chǎn)品的智能化。因為人們對產(chǎn)品的要求不斷的提高,當你這個產(chǎn)品增加一些智能以后,你的競爭力就大大提升。所以在產(chǎn)品創(chuàng)新是很重要的。所以離開了產(chǎn)品創(chuàng)新,單獨談智能制造,這是純粹就是炒概念的,必須要是為了這個產(chǎn)品創(chuàng)新,我智能制造怎么樣創(chuàng)新的過程,使它縮短,使創(chuàng)新更加方便。那么這個產(chǎn)品的創(chuàng)新這里面有很多了。可以根據(jù)企業(yè)不同的情況,怎么樣把這個,有的產(chǎn)品創(chuàng)新,就是我設(shè)備加幾個傳感器,可以把整個過程個性化的定制,那這也是。你有這個功能,人家沒有,你的產(chǎn)品可能就比較好賣。

  還有我加一些傳感器,可能有一些算法,有一定的自主性,可以跟人交互,有些機器跟人之間可以溝通我覺得產(chǎn)品創(chuàng)新表現(xiàn)得非常多。這可能是各個其在市場慢慢摸索,怎么樣找到一個比較正確,有市場的產(chǎn)品創(chuàng)新的道路。那么,當然比較難的是我們高校做得比較多的是裝備的智能化。因為裝備加工過程當中有很多狀態(tài),有大量的積累,所以是比較是長時期的,為什么國外很多企業(yè)不大,但是裝備做得好,他們幾十年,數(shù)百年就做這個,就像這次任正非他也強調(diào),我多少年來,就做一個事實。所以裝備的智能也是這個問題,把裝備做得很好,在中國裝備在高端市場有市場,就是做到極值,每個方面,每個細節(jié)到最好。這大量的市場。

  不是我們今天開完大會把智能裝備搞出來的,絕對不可能的。這里面需要大量的融合,大量的實驗,大量的能夠排除干擾,把這個裝備實驗慢慢做實。裝備的智能化,還是應(yīng)該來講非常艱苦漫長的道路?,F(xiàn)在做得比較多是車間的智能化,得很好了,很多數(shù)字化車間,很多企業(yè)做得非常好。包括我最近去美的看了一下,美的買苦卡膜(音),就發(fā)現(xiàn)它行業(yè)的變化,對數(shù)字化車間需求非常大。所謂數(shù)字化車間就是每個狀態(tài)信息采集,實時知道這個車間按照這個需求,這個信息看版,這個應(yīng)該應(yīng)該講還是容易一點。這塊還是一個工作量的問題。這是車間智能化。但是更大一點就是工廠的智能化。這塊應(yīng)該也做得到。越大反而好做,越小反而比較難。就是我們加工一個復雜零件,把這一點搞成光滑可能十年都不可以,數(shù)字化車間可能兩年就做出來的,這里面有很大的變化,所以制造,有時候很小一個事要花很長時間把它做下來。

  智能制造最核心有這幾個技術(shù),一個就是數(shù)字制造技術(shù),數(shù)字化就是制造要有模型,還有能夠方針,這里面有很多的方面,這里面包括了產(chǎn)品的設(shè)計,創(chuàng)新設(shè)計,以及數(shù)控技術(shù),還有產(chǎn)品管理,企業(yè)協(xié)同技術(shù),這里面方方面面的涉及到的問題非常多的。牽扯到很多方面,就是數(shù)字化制造的基礎(chǔ)。離開了數(shù)字化就根本談不上智能化。

  第二個技術(shù)是傳感,各式各樣的傳感器在企業(yè)里面用得越多,信息掌握得多??赡苡懈魇礁鳂拥模星度?,有絕對,有相對的,有靜止的,有動的,這種傳感器支持我們獲取信息重要手段。可以靈活配置,變化非常的方便,不像機床傻大笨粗的。集群的技術(shù)對智能制造是非常的重要的。一個重要的組成部分。

  今天這個機器人,從1959年,第一臺誕生以來,機器人在國民服務(wù),制造業(yè)另面發(fā)揮了及其重要的作用。我們看了可以在機器人,工業(yè)機器人的出現(xiàn)最大成功是汽車,汽車用得機器人最大?,F(xiàn)在慢慢擴大老人護理、安全,太空勘探。在各行各業(yè)發(fā)揮重要的作用,不可替代的作用。

  但是中機器人,和對我們的要求差遠,我們看到機器人,各方面感知能力很差的,只能在結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中工作,我們?nèi)藱C合作都是簡單的工作,我們講特種機器人很多的交互是遠遠不能滿足我們的要求,今天的機器人的技術(shù),它的功能和適實用性和人類的愿望有很大的差距,所以需要我們幾代人拼命的工作,并且有其他學科的進步共同推動機器人的發(fā)展,所以大家對機器人的期望值不能太高。先進的機器人和我們期望的機器人應(yīng)該很大的差距。

  機器人應(yīng)該成為新的增長點,達沃斯論壇也談到是一個新的工業(yè)革命,麥肯錫到機器人到帶來產(chǎn)值是萬億美元。這是機器人的先進性可以看得出來的。

  世界各國都在制訂機器人的計劃。歐盟關(guān)注機器人制造里面的應(yīng)用,他們明確提出機器人做到50,怎么樣城市結(jié)經(jīng)濟人創(chuàng)新基地,世界第一應(yīng)用國家邁向機器人領(lǐng)先的時代在我們中國,我總書記兩院大會提出把機器人水平上去,占領(lǐng)盡多市場,我們機器人碰到很好的機遇,但是怎么樣把水平搞上去,還是要花很長的時間,通過我們在水平上去,能夠占領(lǐng)市場,但是隨著中國制造國車,機器人迎接來非常好的機遇。

  機器人可以講在制造業(yè)領(lǐng)域,搬運、焊接,慢慢的會走向有智能型的智能里面也可能出現(xiàn)機器人。我們做博士論文的時候,蔡老師說是我們答辯主席,我們做的是噴漆機器人,進度最低的我們現(xiàn)在可以做焊接機器人,最近我們可開始做加工的機器人,因為加工,精度,有精度要測量,有測量要求就很高。要精度光表現(xiàn)就簡單多了。

  隨著機器人的發(fā)展歷程經(jīng)歷了這樣幾個階段,最早是模擬生命體簡單的應(yīng)用。慢慢的模擬生命體的智能自主決策,現(xiàn)在機器人做得比較多是模擬的智能,模擬整個群體智能。

  今天的機器人,未來的機器人我可能會將由現(xiàn)在的簡單交互,發(fā)展到與環(huán)境、人的交互。機器人發(fā)展會呈現(xiàn)這樣的變化趨勢。有兩點肯定,無論機器人怎么發(fā)展,高可靠,高速、重載,高安全性肯定的。不管什么東西,機器人動力學,機器人傳感,機器人結(jié)構(gòu),像并聯(lián)機構(gòu),。未來機器人有特點一個就是本,效率可靠,安全,就是力氣也大,靈活,這是一個特點。第二個特點可能就會出怎么樣機器人共融的環(huán)境。江兩環(huán)境中機器人人類共同把一個事情做好。而不是機器人把人替代,人發(fā)揮人的優(yōu)勢,機器人發(fā)揮機器人的優(yōu)勢。共融。我覺得這個機器人一方面方面共融,操作者共融,跟其他人自然交互,能夠適應(yīng)復雜的環(huán)境。將來是機器人和環(huán)境共融的發(fā)展是未來的趨勢。

  這里可以看出機器人的與環(huán)境的共融,這個步行機器人可以在復雜的路面。還有怎么樣能夠在負責工程里面加工。將來可能有無限多的自由度,主要目的通過自由度保持跟環(huán)境的適應(yīng),同時保持它的各種狀態(tài)下能夠適應(yīng)這樣的環(huán)境。那么,還有一個很重要的機器人和機器人之間要相互了解。這里看到幾個小飛機在空中能夠搬這個題目,我覺得非常好的。

  這一方面牽扯到個體的自主,能夠獨立的判斷。同時群體之間,有感知、認知博弈,很重要就是機器和人協(xié)同,將來可能在機器人里面,能夠跟人舒服,延伸人體,尤其是老齡一些肢體的放大,能夠精確理解人的,所思即所答。這是未來機器人主要的發(fā)展的方向一方面在本體方面繼續(xù)追求剛才說的特點。另外在重載方面要支持機器人和人的各方面的融合。我還是非常重要的。

  要達到這些實現(xiàn)這個,我覺得在這里呼吁一下,我們國家機器人的發(fā)展,一定要有深深的扎根在基礎(chǔ)理論上,離開了基礎(chǔ)研究,離開了這些基本的問題的研究,機器人的發(fā)展缺乏后續(xù)的動力,所以機器人發(fā)展的動力一定來源于科學的發(fā)展。這個科學的發(fā)展把問題解決了,真正機器人的技術(shù)進一步發(fā)展。我覺得在機器人將來的核心問題可能還是三方面。

  一個就是機構(gòu),有這樣的順應(yīng)性,另外感知,多模態(tài),對環(huán)境理解多認知。還有分布協(xié)調(diào)控制。這個是支持我們改變機器人發(fā)展必不可少的一部分。所以我覺得大家拼命做機器人產(chǎn)業(yè)的同時,也要建機器人科學中心,機器人研發(fā)的基地。離開了這樣科學中心,那么你后續(xù)的發(fā)展缺乏動力,你可能會一陣子做完了以后,發(fā)現(xiàn)再過幾年繼續(xù)徘徊,再過十年還是徘徊。這樣你就可能被別人拉下來,會落后。

  這里面就是提到這兩點,供大家參考。

  第三點講一下自己的思考,制造技術(shù)的發(fā)展,體現(xiàn)了很多方面的因素。這里面值得一提的德國的佛浪霍夫研究所,我當時去的是93年。去年也去了一次。他每個所關(guān)注一個關(guān)鍵技術(shù)。把這個技術(shù)做透,能夠在企業(yè)里用,成熟度可以做到7、8、9這樣的水平。這種模式非常好。就是政府長期支持,但只給你三分之一的錢。你可以搞項目,給你三分之一的錢,跟企業(yè)合作三分之一。所以我有一點思考,我也做過科技部973項目,但是有些技術(shù)為什么走不到市場上去,這里面可能有兩個問題。

  一個高校老師關(guān)注的是文章,企業(yè)關(guān)注的是成套的徹底的解決方案。所以這個過程當中,差零點零幾,這個技術(shù)走不出實驗室。在這樣的思考下,我們最近我們在江蘇也成立了一個無錫研究院,這個目的地是以德國這個研究所為對標。我們很多是跟企業(yè)聯(lián)系非常多的。在落戶不到三年,感覺到智能制造,這個對很多企業(yè)需求量很大的。但是這里面,機會是非常好。這個研究院可以把一些城市里研究生畢業(yè)留在研究院,然后花時間把這個技術(shù)做可靠,我們研究院從三年前剛剛建立至今發(fā)展了有一百多號專職人員,這個人員將來對技術(shù)的推動,可能更加重要一點。

  那么,這里我們雖然主要還是做三個技術(shù),一個就是數(shù)字化技術(shù),怎么樣把工藝提高,智能化技術(shù)就是裝備的智能。還有智能化車間技術(shù),這個在江蘇這一代,應(yīng)該在智能制造方面確實做出了一些比較好的案例。真正把幫企業(yè)解決了一些問題。好比我們研究院在無錫研究所旁邊,跟他們企業(yè)的工程人員,長時間在一起交流。那么就是你一個問題的解決,需要學校的人,也需要企業(yè)人一起工作,一起交流,通過問題驅(qū)動,把這個問題解決,一個碉堡,一個碉堡攻下來。然后真正把企業(yè)競爭力提升。我覺得這個很重要一個方向就是機器人加工,我覺得非常重要。因為大家知道這個機床,非常大。但是也非常笨重,因為機床追求精度要好。所以導軌很長,一個大型的零件加工,零件有多長,機床有多大。帶來的這些問題還是非常多的。這里有一個機器人一些技術(shù),不仔細講了。

  最近我們做得比較好的就是大型風電葉片,我現(xiàn)場看有很多工人工作,環(huán)境非常惡劣,我覺得機器人要盡快進入這個行業(yè),通過幾臺機器人,搞個六七臺機器人并行加工,這樣能實現(xiàn)葉片加工,這個就不講了。

  將來的機器人一定會出現(xiàn)一些能工巧匠的機器人,但是能工巧匠機器人在機器人機構(gòu),機器人控制、機器人方面、機器人測量都有一些新的挑戰(zhàn),還有一些很多方面的,不講了。我覺得將來機器人加工應(yīng)該是一個很好的智能制造一個新的方向。

  可以發(fā)揮機器人的優(yōu)點,同時彌補,數(shù)控機床,加工一些大型零件不足。這一點,我覺得這個工作還是非常重要的。

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