□文/甘中學(xué)

多臂協(xié)作機(jī)器人助推制造邁入“分享經(jīng)濟(jì)”時(shí)代

□文/甘中學(xué)

未來機(jī)器人的發(fā)展將會根據(jù)專業(yè)化進(jìn)行分工，研發(fā)出不同類別的機(jī)器人，與3D打印、工業(yè)VR等充分結(jié)合，使多臂協(xié)作機(jī)器人成為打造智能網(wǎng)絡(luò)制造的新模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器與人的完美協(xié)同、共存共享，邁入分享經(jīng)濟(jì)的時(shí)代。

目前，中國正在部署實(shí)施“中國制造2025”，對標(biāo)的是德國的工業(yè)4.0，適應(yīng)這種新形勢是所有工業(yè)領(lǐng)域的人面臨的共同問題。智能制造需要心靈手巧的多臂機(jī)器人，心靈手巧的機(jī)器人是網(wǎng)絡(luò)化制造的智能引擎，網(wǎng)絡(luò)化的立體制造是中國工業(yè)制造的新模式。

工業(yè)機(jī)器人的未來

工業(yè)機(jī)器人在中國市場狀況有“四大家族”一說，瑞士的ABB、德國的庫卡、日本的發(fā)那科和安川電機(jī)占據(jù)了中國的主要市場。在中國有很多人在發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，都想占領(lǐng)這個重要市場，但是做工業(yè)機(jī)器人的都知道，真正的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、智能機(jī)器換人是30%，70%的工業(yè)機(jī)器人還不能做。為什么呢？現(xiàn)在所謂的工業(yè)機(jī)器人實(shí)際上是一個Manipulator，就是一個工業(yè)機(jī)械臂，它沒有手，更沒有人腦的智慧。所以說要想讓工業(yè)機(jī)器人在中國大力發(fā)展，真正能夠代替人去做那些目前工業(yè)機(jī)器人不能做的工作，就必須發(fā)展心靈手巧的雙臂機(jī)器人和多臂機(jī)器人。

第二次世界大戰(zhàn)期間，亨利·福特發(fā)明了流水線，大大提升了生產(chǎn)效率，但卻把每一個工位的工作簡單化了。這個簡單化造成了流水生產(chǎn)線必須有物流的鏈條來支撐，因?yàn)樗褪且恢皇?。人在做這個工作的時(shí)候是兩只手，還有眼睛、大腦。人是靠我們自己的這種智能和手的感覺，柔性制造出來了精密的瑞士手表，所以要想回到這個個性化的工作時(shí)代，就要解決人的效率很低的問題。要想真正實(shí)現(xiàn)個性化制造，就要有像人那樣的智慧、柔性和有眼力的工作，但是要比人的工作效率更高、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定，這就需要心靈手巧的工業(yè)機(jī)器人。

雙臂靈巧機(jī)器人“阿豪”客串調(diào)酒師

甘中學(xué) 美國機(jī)電工程師學(xué)會（ASME）設(shè)計(jì)委員會亞洲理事長、寧波智能制造產(chǎn)業(yè)研究院院長

什么是“心靈”？心靈就是有人的智慧、邏輯思維、判斷、學(xué)習(xí)和決策能力。什么是“手巧”？就是人的手根據(jù)人的感覺做出的及時(shí)行動，以及根據(jù)人的直覺和經(jīng)驗(yàn)加上大腦的邏輯判斷三個層次形成的。人的手巧既是手的柔性運(yùn)動，也是人的直觀感覺，同時(shí)也是人的經(jīng)驗(yàn)，就是人們所說的Knowhow，可能很難把它弄清楚到底是什么，但是有的人就是做得那么巧，有的人就做不巧，所以不是單純的人工智能。要想發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，必須發(fā)展“心靈手巧”的機(jī)器人。Thinking as a human being，Act like an animal，這樣一個多臂機(jī)器人的功能實(shí)際上會超過人。

心靈手巧的機(jī)器人是多少？最簡單的就是雙臂機(jī)器人，像人一樣工作，但是作為一個智能機(jī)器人來講，我們可以仿造動物界的多臂多足。我認(rèn)為未來的機(jī)器人可以有雙臂和三臂的工業(yè)機(jī)器人，未來也可能有人做得更多，包括全工位的雙臂機(jī)器人，一個機(jī)器人可以完成八個工位的工作。

多臂機(jī)器人是網(wǎng)絡(luò)化制造的智能引擎

我們談到了心靈手巧的基本概念和種類，心靈手巧機(jī)器人實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)化制造的智能引擎?，F(xiàn)在個性化需求突出，每個人要有適合自己穿的衣服，茶杯也是只屬于自己的茶杯，不可能通過規(guī)模化的生產(chǎn)就能實(shí)現(xiàn)，個性化的制造只有心靈手巧的多臂機(jī)器人才有可能完成。

光有這樣的心靈手巧的機(jī)器人行嗎？還是不行，因此不是把一個心靈手巧的機(jī)器人僅僅做成一個自動化機(jī)器操作，心靈手巧的機(jī)器人既是一個智能終端可以執(zhí)行的，還是一個網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)或者網(wǎng)絡(luò)控制器，同時(shí)還是能夠決策、服務(wù)的云決策平臺。這里所說的心靈手巧的機(jī)器人不光是一個簡單的執(zhí)行者，還是一個智能中樞和CPS網(wǎng)絡(luò)控制器以及云制造平臺綜合的、有智能和柔性動作的機(jī)器人。

一個心靈手巧的機(jī)器人分為三個層次：執(zhí)行端就像人的小腦，有及時(shí)的執(zhí)行功能，一旦你的手感知到了你的物體，眼睛看到的以及大腦及時(shí)的反應(yīng)，這個層次就是一個智能的反饋。也可以叫做自組織智能閉環(huán)，是心靈手巧機(jī)器人最底層、最及時(shí)、最迅速的反應(yīng)。

這是操作者和機(jī)器人進(jìn)行互動時(shí)，會從人的視覺進(jìn)行觀察，捕捉到需要校正的環(huán)境變化，達(dá)成機(jī)器人內(nèi)部調(diào)整控制的策略以及目標(biāo)，這就是把人的智能和機(jī)器進(jìn)行了協(xié)同，把智能放到機(jī)器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，再把信息傳送到自動線，然后根據(jù)人的要求再進(jìn)行閉環(huán)和調(diào)整，這個就是網(wǎng)絡(luò)智能閉環(huán)。現(xiàn)在的一個車間或一個工廠不可能只有一個機(jī)器人，因此機(jī)器和機(jī)器之間的互動、自動線和自動線的互動、人和機(jī)器的互動、操作者和管理人員的互動，才是工廠車間完成一個產(chǎn)品的加工、制造、裝備以及作為產(chǎn)品送出。這個過程中就有最底層的執(zhí)行智能，還有中間的網(wǎng)絡(luò)智能，以及把所有的互動網(wǎng)絡(luò)化以后，最高層的云制造平臺對這些智能的綜合，形成了最佳的調(diào)度、優(yōu)化、控制以及進(jìn)化的功能，傳遞到各個網(wǎng)絡(luò)的各個部分，這個就是群智智能閉環(huán)。工廠的機(jī)器人不光是操作者，還有車間主任機(jī)器人和公司領(lǐng)導(dǎo)總裁機(jī)器人，也有更高的管理機(jī)器人，人和機(jī)器之間的協(xié)同工作車間才真正叫做智能工廠車間?？梢钥吹竭@兩個車之間是有協(xié)同的，否則就撞車了，就是你做兩個工作我做兩個工作，這種分配是經(jīng)過他們之間相互交流、通訊以及分類來進(jìn)行的。

王陽明機(jī)器人持毛筆題詞

心靈手巧的多臂機(jī)器人是一個分布式的智能結(jié)構(gòu)，最底層的就是自組織的執(zhí)行智能，第二層是人機(jī)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)智能，第三層是整體的人機(jī)交互群體智能，三層智能的水平形成了心靈手巧機(jī)器人的協(xié)同工作。大家都知道熊是哺乳動物，它的智能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蜜蜂的單體智能，但這是熊的熊窩和蜜蜂蜂巢的區(qū)別，可以看到蜂巢無論是最小結(jié)構(gòu)還是最佳保護(hù)的能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熊窩，這就說明這種群智網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于個體。因此，現(xiàn)在構(gòu)畫的智能制造工業(yè)4.0結(jié)構(gòu)就是基于這種分布式、無中心的網(wǎng)絡(luò)化智能構(gòu)造的智能制造網(wǎng)絡(luò)，依靠心靈手巧的機(jī)器人構(gòu)造智能工廠的網(wǎng)絡(luò)。

近幾年，大家都在講個性化制造，網(wǎng)絡(luò)化制造又是什么？亨利·福特發(fā)明的自動流水線造成了工廠鏈條式的生產(chǎn)，每個人、每個家庭作為一個制造的單元，要想形成規(guī)?；?、高效的制造，唯一可以用的就是把物聯(lián)網(wǎng)和CPS網(wǎng)絡(luò)連起來，在一個大的網(wǎng)絡(luò)下操作才能由個體的智能化變成一個規(guī)?；⒏咝У娜后w網(wǎng)絡(luò)智能，而且能夠體現(xiàn)個性化特征的制造。這個制造唯一的狀態(tài)就是網(wǎng)絡(luò)化，因此網(wǎng)絡(luò)化制造是“中國制造2025”或者工業(yè)4.0的一個顯著特點(diǎn)。在這種情況下，正如現(xiàn)在西門子和德國所做的，有一個實(shí)體的工廠，也有一個虛擬的工廠，虛擬的工廠和實(shí)體的工廠連接在一起形成了一個CPS網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)下就可以運(yùn)行真正個性化的智能制造。

萬能制造平臺實(shí)現(xiàn)真正的個性化制造

寧波市智能制造產(chǎn)業(yè)研究院為創(chuàng)客研發(fā)了一個萬能制造平臺，叫做全方位柔性加工雙臂機(jī)器人平臺。機(jī)器人可以用雙手進(jìn)行加工，一個制造平臺就可以有八個工位來做，同時(shí)還有數(shù)據(jù)庫和工具庫。一個創(chuàng)客要想做出什么東西，有了這樣一個平臺就可以完成其個性化制造，所以叫做萬能制造平臺。它就對個性化的車間和工廠。它的基本單元是什么呢？對于制造業(yè)來講核心工藝主要是鑄造和焊接，前面是叫做Pre-processing，后續(xù)的是Post-processing，這三個單元作為一個基礎(chǔ)來構(gòu)造智能車間。創(chuàng)客可以根據(jù)客戶的需求提供什么顏色和元件，然后現(xiàn)場就可以實(shí)現(xiàn)制造，上面有客戶的名字，還有所有工藝加工的過程。對于大型企業(yè)還不能做到個性化定制，應(yīng)該是規(guī)?；ㄖ疲F(xiàn)在寧波市智能制造產(chǎn)業(yè)研究院給中國中車的高鐵在做一個全自動化的產(chǎn)品定制，它的加工制造70%還是靠手工，就是由人在做整體全自動化。我們所研制的產(chǎn)品線是移動的物流平臺，和單臂機(jī)器人、多臂機(jī)器人和雙臂機(jī)器人之間的交互可以形成一個工作的反饋量，大概到2018年大家就可以在豐臺看見這款全自動的示范線。

亨利·福特發(fā)明的汽車流水線，創(chuàng)造了制造的新方式，現(xiàn)在我們必須通過CPS網(wǎng)絡(luò)和“心靈手巧”的機(jī)器人，加上云大腦三個部分構(gòu)成新的二十一世紀(jì)的亨利·福特的生產(chǎn)模式。這種模式可以用于我們的工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也可以把這種原理用于我們的服務(wù)。未來，我們?nèi)粝霝槔先?、小孩服?wù)的話，手沒有柔性是不行的，手不安全也是不行的，所以柔性的機(jī)械手和“心靈手巧”的手臂是進(jìn)入家庭的一個門檻，也是一個切入點(diǎn)。

（根據(jù)作者近期演講整理，未經(jīng)本人確認(rèn)。）

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