丁漢院士：機器人與智能制造技術

    分享中國科學院院士，華中科技大學數字制造裝備與技術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》，根據語音整理，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，第二個討論一下機器人技術的發展思考，第三個介紹一下近期的工作。

　　大家知道我們國家的制造業的現狀應該來講體量是很大的，主要的不足可能在于一些核心技術，以及創新能力和國際上的差距比較大。我們整個國家的制造業發展的現狀，應該是參差不齊的?？赡茉谕粋€表現規?；?、數字化，智能化的并行狀態，有些企業的產業的水平比較高一點，可能已經達到了一些數字化和智能化。但是有些企業還處再一個水平比較低端，人工作業的階段。在這個過程中我們怎么樣能夠創新驅動發展，我覺得一方面要解決好產品創新的問題。因為產品創新是引領，制造，包括機器人技術是給一個保障。所以產品創新應該是一個行業的龍頭，一個產品可以帶動一個行業，產品模式創新也是很重要的。所以我們今天講智能制造技術應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新能力和我們的關鍵技術的方面，我們跟國際上發達國家所謂制造強國有一個比較大的距離。

　　我們國家的制造業應該經歷了這四個階段，從最早的起步階段到成長階段，已經到崛起階段。那么到今天這樣的階段是非常關鍵的階段，就是轉型階段。那么這個階段，我覺得挑戰性更加大。面臨的問題更加的多。我們經歷了從無到有，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，包括國家發改委、財政部、工信部出臺了相關的智能制造的專項。國務院去年發布中國制造2025計劃，把中國制造提到國家戰略高度，所以制造業轉型升級和制造強國是我國將來實現必然的選擇。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，現在提得比較多是工業4.0，實際上來講，最早我們工業是從蒸汽機，解決大批量的生產，慢慢隨著數控機床和機器人的出現，進行了數控化，叫做數字化時代。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、信息技術、人工智能技術，包括大數據技術密切相關的，所以智能化技術面臨的挑戰更多一點，這里面確實牽涉到局部突破的問題，每個企業特點不一樣，不是一定要實現智能化。我覺得實現什么化不重要，最重要把產品質量高上去，效率搞上去，怎么贏得市場。在市場上站穩腳跟，這是更重要的，但是有些企業行業的變化特點，周期變化非?？?。必須要驅動，所以有些企業，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、數字化?？赡苄枰そ尘窀哟笠稽c。但是確實有一些行業變化非常大，沒有一個很好數字化，信息化手段響應不了市場，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高品質的制造，所以制造的行業，我永恒的主題還是高品質，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，有一個適應能力，同時使它工藝知識不斷的積累，制造業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。

　　這里面簡單講了一下智能的發展，牽涉到一些系統、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。有很多跟制造業相關的技術。

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

　　隨著這個互聯網的出現，資源可以動態的存儲，這里面慢慢的通過一些方法，就能夠實現智能化。智能化體現，它的過程可能在產品設計里面更加重要。我們譚院士談了產品里面的智能化。因為設計是靈魂，設計帶動我們的發展。這個里面有智能設計和制造過程，制造過程就是對狀態進行感知，分析、決策，最后到執行。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到互聯網資源共享，到人工智能和手段的出現，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字化、智能化手段可以把客戶的需求，到產品的開發，產品的生產，產品的服務可以串成一個整線，這是最主要的，另外一個很重要的第二條線，就是在內部一條線，在設計、生產、物流到營銷兩條線，所以智能制造要實現這兩個線的集成，一個是客戶到產品服務的這個線貫穿。

　  第二個在這個過程中，從設計到生產，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品服務，一個定單設計開始，圍繞這個設計，怎么樣組織生產，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的進步。提高企業競爭力，為企業帶來實在的實惠，幫助轉型升級。這里面最為核心是產品的智能化更加核心，大家知道智能的產品，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，能夠到現在六七十個億，我們國家很多中低端產品還是在過剩，但是供不應求在一些中高端，所以設計的改變一點，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品的智能化。因為人們對產品的要求不斷的提高，當你這個產品增加一些智能以后，你的競爭力就大大提升。所以在產品創新是很重要的。所以離開了產品創新，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品創新，我智能制造怎么樣創新的過程，使它縮短，使創新更加方便。那么這個產品的創新這里面有很多了?？梢愿鶕髽I不同的情況，怎么樣把這個，有的產品創新，就是我設備加幾個傳感器，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品創新表現得非常多。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，有市場的產品創新的道路。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，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不大，但是裝備做得好，他們幾十年，數百年就做這個，就像這次任正非他也強調，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，還是應該來講非常艱苦漫長的道路?，F在做得比較多是車間的智能化，得很好了，很多數字化車間，很多企業做得非常好。包括我最近去美的看了一下，美的買苦卡膜（音），就發現它行業的變化，對數字化車間需求非常大。所謂數字化車間就是每個狀態信息采集，實時知道這個車間按照這個需求，這個信息看版，這個應該應該講還是容易一點。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，一個就是數字制造技術，數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，這里面包括了產品的設計，創新設計，以及數控技術，還有產品管理，企業協同技術，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，就是數字化制造的基礎。離開了數字化就根本談不上智能化。

　　第二個技術是傳感，各式各樣的傳感器在企業里面用得越多，信息掌握得多?？赡苡懈魇礁鳂拥?，有嵌入，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?？梢造`活配置，變化非常的方便，不像機床傻大笨粗的。集群的技術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，制造業另面發揮了及其重要的作用。我們看了可以在機器人，工業機器人的出現最大成功是汽車，汽車用得機器人最大?，F在慢慢擴大老人護理、安全，太空勘探。在各行各業發揮重要的作用，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，只能在結構化的環境中工作，我們人機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，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該很大的差距。

　　機器人應該成為新的增長點，達沃斯論壇也談到是一個新的工業革命，麥肯錫到機器人到帶來產值是萬億美元。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。歐盟關注機器人制造里面的應用，他們明確提出機器人做到50，怎么樣城市結經濟人創新基地，世界第一應用國家邁向機器人領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領域，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。要精度光表現就簡單多了。

　　隨著機器人的發展歷程經歷了這樣幾個階段，最早是模擬生命體簡單的應用。慢慢的模擬生命體的智能自主決策，現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在的簡單交互，發展到與環境、人的交互。機器人發展會呈現這樣的變化趨勢。有兩點肯定，無論機器人怎么發展，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，機器人結構，像并聯機構，。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境。江兩環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，人發揮人的優勢，機器人發揮機器人的優勢。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，能夠適應復雜的環境。將來是機器人和環境共融的發展是未來的趨勢。

　　 這里可以看出機器人的與環境的共融，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境的適應，同時保持它的各種狀態下能夠適應這樣的環境。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展的方向一方面在本體方面繼續追求剛才說的特點。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。

　　要達到這些實現這個，我覺得在這里呼吁一下，我們國家機器人的發展，一定要有深深的扎根在基礎理論上，離開了基礎研究，離開了這些基本的問題的研究，機器人的發展缺乏后續的動力，所以機器人發展的動力一定來源于科學的發展。這個科學的發展把問題解決了，真正機器人的技術進一步發展。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，有這樣的順應性，另外感知，多模態，對環境理解多認知。還有分布協調控制。這個是支持我們改變機器人發展必不可少的一部分。所以我覺得大家拼命做機器人產業的同時，也要建機器人科學中心，機器人研發的基地。離開了這樣科學中心，那么你后續的發展缺乏動力，你可能會一陣子做完了以后，發現再過幾年繼續徘徊，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，制造技術的發展，體現了很多方面的因素。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。他每個所關注一個關鍵技術。把這個技術做透，能夠在企業里用，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。

　　一個高校老師關注的是文章，企業關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。我們很多是跟企業聯系非常多的。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留在研究院，然后花時間把這個技術做可靠，我們研究院從三年前剛剛建立至今發展了有一百多號專職人員，這個人員將來對技術的推動，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，一個就是數字化技術，怎么樣把工藝提高，智能化技術就是裝備的智能。還有智能化車間技術，這個在江蘇這一代，應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，也需要企業人一起工作，一起交流，通過問題驅動，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，不仔細講了。

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

　　將來的機器人一定會出現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，機器人控制、機器人方面、機器人測量都有一些新的挑戰，還有一些很多方面的，不講了。我覺得將來機器人加工應該是一個很好的智能制造一個新的方向。

　　可以發揮機器人的優點，同時彌補，數控機床，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。

　　那么中國科技應該發展到今天，我們國家在人類文明史上留下我們自己的痕跡，最早從我們造紙術，到地動儀，我們國家在整個科技發展史上有自己的地位。

　　但是中國古代的文明，科技文明，我覺得是來源于我們祖先的能工巧匠，他們能工巧匠經驗傳承支撐了我們古代燦爛的文明。但是近代科技，我們國家通過這幾個大的驅動，包括兩彈一星，月球車的驅動，我們國家的發展到很高的階段。

　　但是將來的制造技術的發展可能不簡單的就是一個經驗傳承，我覺得將來的制造技術的發展可能就是一個學科的交叉，更加多了。尤其是跟信息、材料、力學、物理交叉，通過學科交叉慢慢走向智能化。

　　所以總而言之，不管叫什么智能制造也好，追求的一定是適應性，以及自律性，同時面向我們國家的高端裝備的重大需求，離開了國家的需求，可能你很難有發展。還要加強基礎研究，拓展學科新增長點，培養高水平人進來，同時在國際舞臺上加強合作，真正能夠實現我們的制造從數字化走向智能化，為國家制造強國的貢獻力量，謝謝各位專家。 

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