随着最近新兴技术能力的提升和制造业创新的进步，机器人技术的发展前景正发生着迅速的变化，新的发展趋势和应用也随之涌现。随着与物联网（IoT）和智能制造之间的联系不断加深，机器人技术的发展使企业得以在保持原地生产的同时，提高生产效率，增强竞争实力。本文将对当今机器人技术和智能制造的创新前景进行综合概述。 　　根据《加拿大工业机械》（Canadian Industrial Machinery）2015年10月刊登的文章，数据表明对机器人技术的投资正在持续增加。文章报道了从北美机器人企业订购的机器人的数量是空前的（14232台机器人，价值8.4亿美元，2014年同期，机器人数量增加1%，收入增加7%，保持了之前的记录）。工业机器人应用的主要产行是汽车零部件、尤以在原材料处理和点焊中的应用最为突出。同时，有意思的是，在美国这一行业的劳动力中，受过专业培训的焊工十分短缺。根据市场规模预测（见图1），全球机器人行业收入截止2020年将有望超过1510亿美元。Tractica报道其增长将主要来自非工业机器人。工业机器人预计将平稳增长，在2020年收入达到约180亿美元。 　　图1：Tractica报道了2015-2016年，总的工业和非工业用机器人收益及其全球市场情况 　　就机器人技术的发展趋势而言，该产业预计将在2014到2020年，主要在消费电子产品和电动汽车产业创造300万个就业机会。《2015技术潮流》（Technology Trends 2015）报道，从2017到2020年间，机器人技术的使用将带来200万个新增岗位。随着康复治疗机器人、可穿戴外骨骼机器人的进步，仅在康复市场就有望增加40倍。预计2020年机器人技术的发展趋势是：微型机器人可携带紧急应答器探索小型或危险环境；可穿戴外骨骼机器人用于增强使用者的体力；人机接口可以帮助截肢者控制自身活动并接收感觉反馈；模块化机器人可在预设模式下完成专项任务；智能机器人结合人工智能和机器学习技术进行类人表达和反应；通过引进弹性纳米管肌肉以增强机械强度；电源可换式机器人在离网区域启动应用；机器人网络允许机器人接入数据库，分享信息和学习经验；远程监控机器人可代替你在遥控区域进行工作。 　　近十年，美国联邦政府为提高美国竞争力和促进就业提出了多项动议。由美国联邦政府机构(美国国家科学基金会（NSF）、美国农业部（USDA）、美国国家航空航天局（NASA）和国家卫生研究所（NIH））共同赞助的国家机器人计划（NRI）在2011年启动，旨在促进机器人在美国的发展和使用，以协助人类或与人类共同工作。就制造业而言，这一计划覆盖了从基础研究和开发到产业制造和配置的整个生命周期。此外，机器人还是美国商务部（U.S. Department of Commerce）美国国家标准与技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）的优先主题。特别是，他们着重将协同制造机器人作为增强制造业竞争力的必要工具，通过极大提升反应能力和创新能力来实现。在人—机协作主题下，与人协作的机器人以及“自己动手（do-it-yourself）”工业机器人成为工业机器人的新的生力军出现在大众面前。这些机器人可以同人一起或者在人旁边工作，完成之前需要人机分开完成的任务。 　　今天，人机合作/共存的时代终于到来，在真实世界中，无论是在大型工厂还是小型作坊的制造现场，机器人同人类一起工作。然而，跳出当前应用局限，能在更广阔的行业和制造商中广泛应用的高级机器人系统需要具备较高的能力、感知力、敏捷性、可移动性、复位性和操作安全性，还应便于指派任务和重复指派任务。机器人不是单独的实体，它们应用于广阔行业中，存在于商业世界里，必须无缝而快速地与之融合。换言之，机器人技术改变着商业模式和一体化战略；由科技创新驱动，存在于工厂“内外”。 　　机器人技术被视为是能够变革制造业的关键改造技术。此外，改良的机器人技术和制造自动化的广泛采用将享有知识产权和财富；通过提高企业竞争力来拯救企业；提供机器人维护和培训的工作岗位；使工厂安全使用人机团队；减少高额的医药问题；以及减少成品在渠道流通的时间来更快速地响应零售商需求的变化。 　　许多人将始于十八世纪晚期的工业革命划分为四个阶段。在工业革命的第三阶段引入了机器人，从而开始了机器人技术革命。机器人技术革命的第一和第二阶段的形式是基础自动化，机器人的工作区视为人类的障碍。第四次工业革命（被称为工业4.0）给我们带来了移动性更好、更智能和感知更强、能力更高的机器人。机器人技术系统转变为信息物理系统（CPS）。工业4.0智能工厂——可自我编程的互联行业即将来临。 　　正如《NRI机器人技术路线图》（NRI Robotics Roadmap）所报道的，研发一套基础机器人技术是提供制造业技术路线图预期的关键能力所需要的。每个关键能力源于制造业（矿业、加工业、分立零件制造业、装配、物流——运输&分派）中一个或多个重要的广泛应用领域。穿越弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）呈现的2000年及之后的移动机器人技术路线图，在21世纪初期，通过远程监控，远程接口系统促进了可控货仓/管理系统、可穿戴式外骨骼技术和遥控机器的产生。到2010年的十年间，自动滑行随着半自主机器和仅能进行有限人机互动的人工智能初始阶段的出现而出现。可以预见，2020年及之后，具有人类情感、流利交流能力和适应环境的协同机器人和智能机器的全面自主将会出现。 　　截止2020年，物联网将由上万亿的海量传感器驱动，其中许多传感器将嵌入新兴的机器人系统中，为物理世界提供物联网信息价值环的信息物理连接（创造—交流—聚合—分析—行动）。随着智能传感器和高级分析的出现，介入应用将具体化，使物联网应用不再仅限于监控。 　　智能制造是基于物联网、信息物理系统和云系统的工业4.0新创举。就技术上而言，它是一门狭义的学科，包括但不限于生产管理技术、供应链管理、模拟、维护、机器对机器（M2M）、设施和传感器网络。根据会议共同组织者——智能制造领导联盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC）和国家科学基金会，智能制造以企业/工厂为主导，包含可靠且可扩充的方式，为制造业提供基于模型的操作和决策支持，能够稳健地应对变化和差异。智能制造通过数据、协同信息物理系统、物联网和互联企业（制造现场—商务体系—供应链连接）发展控制战略和开放性平台技术（公共—私人伙伴关系）而进行智能产品制造的。未来智能工厂共有15个核心元素，其中三个毫无疑问属于机器人技术领域（信息物理系统、自动驾驶车辆和柔性机器人）。根据NIST给出的描述，智能制造是“完全集成的协同制造系统，可以实时响应，以满足在工厂、供应网络和客户需求方面，不断变化的需求和条件”。分享同一个目标的不同智能制造联盟协作努力，在整个价值链中通过开放式连接实现工业实践的现代化 　　最后，物理和数字世界的聚合孕育了智能工厂和新一代的工业机械。在这个被称为工业4.0的新时代里，聚焦使用物联网和信息网络系统以简化制造和业务流程，提升功能和精度，增强质量和能力14。几乎所有的方面都是数字化的，包括机器控制、监控、管理以及数据上报和分析。甚至操作者也通过人机界面（HMI）与机器进行数字化互动。智能工厂带来了许多好处，包括操作时间的减少、提高生产能力的机会、促进产量、提升效率以及通过高级数据分析减少停机时间。机器人技术是智能制造创新前景的关键组成，也是工业4.0和物联网提出的向计算机化工业生产和智能工厂迈进这一构想的完美体现。.

一、智能制造内涵 大家都知道“智能制造”是《中国制造2025》的主题方向，虽然现在它的概念很热，但是我想现在还有很多同志对到底什么是智能制造不是特别清楚。所以，今天我首先想介绍一下什么是智能制造。 一是智能制造特征。“智能制造 ”到现在为止，全世界都没有一个准确的定义，学术、产业对“智能制造”的定义不太一样。但是，大家在“智能制造”最主要的特征方面，还是有一定共识的，主要具备如下三个特征：一是感知，要能够获取信息。如果智能制造没有信息，智能便无从谈起。制造过程中有产品信息、工艺信息、制造过程中各种各样的生产流程信息和质量信息，这些信息在“智能制造”领域非常重要;二是智能制造是信息技术和制造技术的结合。智能制造一定是利用了大数据、通信、软件等新的技术和制造技术结合在一起实现的;三是要将数据利用知识进行分析和优化，要能够实现与环境的相适应。这三个条件加在一起可以称为“智能制造”。当前企业中，能够达到智能制造水平的并不多，包括西门子在内，它实现智能制造也需要大约15到20年。在我们国家，如果企业说自身实现了智能制造，还为时过早。我国企业更多的是做到了感知和两化融合，这样的制造我们称之为数字化、网络化制造。 二是智能制造范围。全世界都在研究智能制造范围，我们国家也是这样。我们用一个立方体来表示智能制造的范围：x轴表示产品全生命周期，智能制造从设计、工艺、制造、管理、检验、物流的全部过程中，每一个环节都可以发挥作用，它覆盖了产品全生命周期的所有环节;y轴表示系统层次，包含设备层、生产层、管理层、车间层、企业管理层、协同网络层、制造层，在每一个层次里面，智能制造也有它的作用;z轴表示智能功能，包括互联互通、信息集成等等。这三个维度覆盖了整个智能制造可以适用的范围。 三是智能制造内容。智能制造的内容包含三个方面，分别是智能的产品、智能的制造过程和智能的经营服务方式，三方面内容共同组成了智能制造内容。在这说的智能就是数字化、自动化、网络化、智能化的简称。首先说一下智能产品，智能产品是制造业的标志，也就是说如果说一个产业很强，那这个产业必然有非常好的产品。例如，说高铁很强是因为我国有高速列车。数字技术和信息技术的发展为智能产品提供了创新空间。我举一个例子，大家都知道智能手机的出现把日本的小家电淘汰下去了，手机的出现逐步替代了随身听、录音机、照相机。最近很多企业都在研发无人驾驶汽车，对传统汽车行业更会产生深远影响。智能产品在我们的生活中扮演了重要角色。那么，智能产品有哪些特点呢?一是要有感知作用，即设备本身要有很多自己的特性，质量要好。比如说机床，以前的手摇机床是没有传感器的，后来出现了数控机床，要对移动距离进行测量，就需要传感器。再后来，温度对计算有影响，我们又要测量温度。二是要有获取信息后的自我调节功能，能够使自己处于最佳的工作状态。例如，我测量到温度，我知道温度会测量加工会有影响，就需要温度补偿以保证设备回到初始的测量精度上。还要进行自诊断，能够自动识别什么地方有故障了、电梯电流太大了、电梯发热了等问题。三是要有通讯功能，要能和其他装备和管理系统进行通讯。装备通讯很简单，数控机床配备机械手进行上料，数控机床和机械手之间就需要通讯。数控机床放在制造系统里面，也需要具备通讯功能。四是要对数据进行处理，挖掘分析，提供创造性应用服务。 比如说广东有一家企业，它监测设备的电流，如果电流有毛刺的话，表示轴承安装有问题，通过数据挖掘出新的分析结果，创造出新的价值。第二点，讲一下智能制造过程。智能制造过程包含两部分，一部分是数字化、自动化，是智能制造的基础，追求制造质量和生产效率、减少能耗、降低排放。还有一方面是信息化管理，指生产各个环节间要协调，去掉制造过程中的浪费。数字化管理和信息化、智能化结合在一起的时候才是智能制造过程的全部内容。智能制造过程在各个环节里都可以发挥作用，比如在产品设计环节，过去我们的产品设计是画成图然后把样机加工出来，进行试验发现问题，然后修改图纸，设计周期非常长。在智能化的数字设计领域，可以在虚拟的空间里制造产品模型，在计算机里进行仿真，仿真测试完全达到要求以后可以快速通过物理试验，大大缩短产品设计周期。工艺设计也是这样，一是工艺路线可以在计算机上仿真，例如哪些路线最简洁、最能节省时间;二是当我用某一个数控机床进行加工的时候，可以在计算机上先进行模拟加工，测试精度能不能达到，达标以后再将程序下载到机床里，加工的成功率会非常高，这些都是数字化工艺设计的应用。制造过程的自动化就更多了，包括生产、排产、设备的信息、生产进度信息、现场的可视化、供应链管理等。这个是检验检测，检验检测非常重要，特别是现在大家都讲质量追溯。检验检测的智能化，第一所有的检验检测数据必须是智能填上的，不能手工去填;第二生产线上所有工具的质量都应该是统计出来的，更多的是采用RFID、二维码等，要能够追踪产品生产过程。将来用户在使用过程中出现问题，能够倒追产品哪个工序、哪个工位，甚至是哪一批元器件造成的，这是质量信息方面。再一个是能源管理，我国的能耗跟世界平均水平相比差距较大，单位GDP大概是全球三倍。能源管理里面对主要的高耗能设备要进行可视化的管理，而且产量与能耗之间的关系应该搞清楚，这样就能建立各个重点环节的节能模型。最后是智能物流，这里的物流是指车间内的物流。其实，物流是目前智能化改造之后节约效应最明显的领域，能够大量减少人力、大大提高物流效率，降低物流过程中的质量损耗。可以利用电子单证、RFID等物联网技术，对物品的流动进行定位、跟踪、控制，还有立体仓库的控制等等。我也举一些例子，这是德国公司的模拟生产，在计算机上仿真生产流程，通过模拟对人工的制造资源进行优化配置。这个是西门子与玛莎拉蒂的汽车制造厂，它能够模拟产品整个生命周期的数字化和各个环节的协同，并能完全模拟生产流程。如果生产环境变化，比如原材料、物流有了变化或者供应链没有过来对供应链产生的影响，在计算机里都可以体现。在我们国家的飞机制造领域，数字化设计应用非常多。采用数字化设计以后，飞机可以做到一次装配成功、一次试飞成功。 数字化车间能够实现设备和设备、人和设备在工厂和后台的互联互通。例如海尔工厂，用户下了订单以后，可以在自己手机上看到我所下的订单的冰箱现在在哪个生产线上，到哪一工位，什么时候可以交货，这是数字化车间的典型案例在我们国家的实行。下面讲一下制造过程的智能化，主要讲精益模式的智能化。精益模式的智能化我们主要讲三个方面：一是个性化定制，红领在这方面做得非常好。个性化定制有几个条件，一是产品必须是模块化的，个性化定制并不是每一个产品都从头设计，一定是把产品模块化。经过模块化之后，将符合不同要求的不同模块组合在一起就形成个性化的产品。二是一定要有服务平台，通过服务平台用户可以根据深入的交互让用户选用模块，快速生成产品的定制方案。三是定制完成后，后续的生产要跟得上。生产计划和制造线能够跟得上订单需求，这是很不容易的。符合这三个条件才可以称为个性化定制。首先介绍一下个性化定制，例如奥迪将零件压缩之后形成重点模块，模块可以组合成更多的产品，这是模块化的生产方式。奥迪表示自己有20000多个部件，可以形成10000种产品，为30万用户提供特殊需求。我们国家在这方面的案例就是红领，大家可以看到红领的成绩非常明显，可以采集身上18个部位22个数据，根据这些数据顾客就可以形成他独有的订单，这样的设计7天就可以交付，成本只比批量生产高10%，通过这样的个性化定制，红领的年销售收入和利润增长都超过100%。所以说，个性化定制这样一种智能制造方式能够为企业带来效益。第二种方式是协同开放云制造，协同开放云制造什么意思呢?我建立一个网络平台，在网络平台里可以对不同企业或企业不同部门的创新资源、设计能力、生产能力、服务能力进行集成和对接，此外，还可以和社会上的资源和服务进行对接。目前，协同制造应用最好的领域是航空工业，航空工业本身的特点导致其必须采用协同制造。比如，沈飞坐飞机的头、成飞做机翼、西飞做的机身，肯定是不同的地区、不同的厂家在进行协同的运行设计，设计完成后要到一个地方装配，这样就必须采用协同开放云制造这样的方式才能够实现。经营模式里面，我们推荐远程监控。 远程监控就是说我们利用工业物联网，把我卖出去的产品的设备状态、操作情况、环境情况进行搜集，将数据上传运维平台进行管理，向用户提供在线监测、故障预计等预测性服务方案，此外，还配备了专家团队对远程监控提供支持，如果普通方案不能满足要求的时候，还可以请专家团队过来提出新方案。像陕西鼓风机，每卖一台鼓风机就配备一套测试装备，它在全国设有3个远程监控点为用户服务。这方面做的最漂亮的是GE公司，GE公司将传感器装在发动机的叶面上，并测试发动机叶面参数，从飞机滑行开始，将滑行、起飞、巡航、下降、遇到不同的天气波动等所有情况下的测试参数全部归纳起来，对发动机的状态进行监控，检查、判断发动机是否正常，如果有问题是哪个部件出了问题，飞机还没到达机场就将部件准备好，飞机降落之后马上把部件换上去。由于GE能够提供这种服务，后来它就不卖发动机了，只卖飞行小时，航空公司租GE的发动机，以飞行小时计价，这样的方式使得GE公司去年的业务量从69亿/年增加到187亿/年，该项业务的收入从占到总收入的40%增加到60%，现在全世界的发动机公司都在学习GE的做法。 二、发展形势 以上我将智能制造内涵大致介绍了一下，下面再抽5分钟时间把发展形势说一下。 一是我国智能制造需求旺盛。我们国家从2011年开始推行“智能制造”，当时大家觉得“智能制造”离我们太远了。但是，经过这几点的发展，大家觉得“智能制造”很快就来到了我们跟前。2011年到2014年，发改委、工信部、财政部联合实施了智能制造专项，4年共支持了124个项目，投入经费40亿元。2015年，国家又选出了46个国家试点示范项目，分布在28个省市、36个行业。而且，我国也实施了智能制造专项，其中标准研制43项、数字化车间51项，国家共投资10个亿。通过这几年的努力，我们给企业指出的方向，带动了企业对智能制造的需求，另外，关键的零部件和智能制造装备方面也取得了巨大的进展。数字化车间、数字化工厂的建设也在点上取得了一些突破，有了样板，并培训了一批人才。而且我们形成了一种机制，就是用户和制造商联合实施智能制造项目，这些都是有益的探索。经过这四年，可以说我们国家智能制造的培训期已经过了，从现在开始我们进入发展期。现在，我们国家智能制造需求非常旺盛。2014年，我们对浙江省10个市、20个行业、116家企业进行了调研，在机器换人需求方面，64.2%的企业非常强烈，44.9%的企业一般，14%的企业表示在做准备，真正没有需求的企业只占2%。此外，他们需求的目的非常明确，82%是为了解决人工问题，71.9%是为了解决劳动时间问题，71.9%是为了解决生产问题效率问题，还有46%是为了解决环境问题。浙江省每年在推进数字化、网络化、智能化战略方面政府和企业总投资要达到3600亿到5000亿之间。2015年，我们对福建省做了一项调查，100%的企业都对智能制造需求非常强烈，其中，家居行业需要升级的占32%，装备行业需要升级的站25%，监测环节需要升级的占32%，测试环节需要升级的占28%，物流、搬运、体力劳动升级的占23%。2015年，东莞机器换人已经达到1262个项目，总投资超过100亿，而且力争三年要达到80%的企业实现机器换人。江苏、广州、浙江等企业，三省每年在智能制造投入方面投资达到1万亿，占全国总投资的20%以上。 二是我国智能制造供应不足。虽然智能制造需求旺盛，但是我们国家的供应不足。我们国家的装备制造业现在是70%依赖进口，过程装备应用比率不到30%。根据世界银行的统计，我国每年进口的装备达到2万亿台发动机，这样的情况导致过程装备在市场上的占有率大概只有42%，不到一半，进口率达到58%，高端装备进口的比率会更大。因此，我国的整个市场从需求上分析，市场需求量非常大，2013年是3.5万亿到5万亿，我们预计2020年是8万亿到10万亿。这么大的市场肯定要成为我国“十三五”期间经济发展新的增长点。从供给侧来看，我国国内装备不到一半，一半以上需要进口。因此，我们必须发展我们自己国产的装备制造业，用中国装备装备中国制造，应该成为“中国制造2025”的重要核心战略。 三、关注的问题 最后关注几个问题。一是从国家层面来看，我们在促进智能制造和装备制造应该同步发展，要防止智能制造出现“空心化”，不能我们的数字化水平很高，但打开一看里面的装备全部都是国外的、机器人全部是西门子的，这样的情况不是我们想看到的。二是我们要做好三大基础，分别是标准化、基础设施和网络安全、软件，我国在这三方面还需要大大加强。三是人才培养，我国现在及其缺乏综合的智能制造方面人才，特别是系统集成，国家应该今后在这方面加强。今年，智能制造专项在实施过程中也都体现了这些思想。那么，作为企业来说，在发展智能制造过程中应注意哪些问题呢?首先，智能制造是要有基础的。现在想要实施智能制造的企业必须要管好自身基础，做实基础，包括精益生产、质量管理、劳动生产率等。北航有个老师说过三句话，我觉的很好：“不在落后的工业基础上搞自动化，不在落后的管理基础上搞信息化，不要在没有数字化、网络化的基础上搞智能制造”。所以，企业在实施智能制造的时候首先要关注自身基础。二是企业搞智能制造、搞数字化车间要有明确的经济目标，不要盲目追求高大上，不是为智能制造而智能制造，一定要关注投资汇报周期。在南方，一般企业家一年投资回收周期一定干，两年投资回收可以干，三年以上投资回收周期基本就不干了。三是智能制造不会一次就成功，不要希望投资一次就把智能制造搞起来，一定是分批分阶段，一步步提高的。