作者：王喜文
出版社：电子工业出版社
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世界机器人未来大格局试读：
前言
近三年来，发达国家纷纷将机器人视为经济增长的推动力。2012年韩国发布《机器人未来战略2022》，希望进入全球前三强；2013年美国发布《机器人发展路线图》，提出机器人发展的九大重点领域；德国发布《工业4.0战略》，让机器人接管工厂；法国发布《机器人行动计划》，推出机器人发展九大措施；2014年英国发布《机器人和自主系统战略2020》，希望占据全球机器人10%的市场份额；2015年日本发布《机器人新战略》，希望实现创新、应用和市场三个世界第一的目标。尽管这些发达国家对机器人提出的目标各不相同，但是有一点是一致的，那就是——大力推广各个领域广泛应用机器人，使机器人遍及社会各个角落。
发达国家这些举措的背景之一是，伴随人工智能的快速发展与新一代信息技术的高级化，信息的联网，物理的联网，信息物理系统的融合正在不断现实化。发达国家意识到了这个巨大的变化，开始谋划抢占新一轮工业革命的先机，掌控智能机器人应用的主导权。而我国是全球最大机器人应用市场，未来也将大规模应用更高端的智能机器人。
2015年5月，国务院发布了《中国制造2025》。《中国制造2025》并不是一个一般性的行业发展规划，而是着眼于整个国际国内的经济社会发展、产业变革大趋势所制定的一个长期战略性规划，不仅要推动传统制造业的转型升级和健康稳定发展，还要在应对新技术革命的发展当中，实现高端化的跨越发展，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。机器人也出现在了《中国制造2025》的十大重点领域之内。如何做好机器人未来规划与中国制造2025的衔接，将是影响我国未来机器人产业发展的重要课题。
机器人是一个“高大上”的领域，以前与我的学科没有太大关联。但是，随着机器人技术的进步，未来是软件定义的机器人，再加上日本是机器人第一大国，所以为日本开发10余年计算机软件的我，居然开始与机器人有了密切的关联。王喜文2015年10月10日第一篇重新审视机器人
伴随技术的创新，商业模式的变化，机器人自身也不断地发生着剧变。
首先，机器人从单体作业机器人正在向自主学习、自律行动的机器人发展。除了传感器技术，软件信息处理能力的提升等各种技术进步之外，深度学习等人工智能技术（图像与语音识别、机械学习）的跨越式发展，也推动了机器人自身能力进一步提升，使机器人能够不断从事更加高级工作。
其次，机器人以往被单向控制，而如今机器人自己存储各种数据、自己应用数据，形成了开创新服务的附加值。由此看来，机器人正在向替代计算机或者手机的“信息终端化”演变，并将在我们日常生活的各个角落内得到应用，如日常通信、家政生活服务等领域。
最后，机器人将从不同功能的独立单体，向相互联网，协同合作的机器人发展，也就是“网络化”的趋势。未来，机器人将不仅仅是一个单体，而将成为各种系统，随物联网社会的到来，机器人的重要性正日益增强。第一章机器人的新定义机器人的发展变迁
从机器人发展历程上看，最先成熟，最先大规模得到应用的是工业机器人，因为它的功能比较单一，基本是为了完成一项简单重复性的工作。“工业机器人”则来自美国人乔治·德沃尔（Georg C.Devol） 1954年注册的专利Programmed Article Transfer。其中描述了示教再现机器人的概念——通过示教（Teaching）与再现（Playback）能够取放物品（Put and Take）的机械。这种机械能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。
根据这一专利，1958年美国Consolideted Control公司研制成第一台数控工业机器人原型机——Automatic Programmed Apparatus，随后1962年美国Unimation公司和AMF公司都推出了示教再现机器人的试作机（表1-1）。
20世纪60年代正是日本经济高速增长的阶段，劳动力人口出现了严重不足，迫切需要工业机器人来弥补。于是，1967年日本首次从美国进口了示教再现机器人，并自此开始了工业机器人的自主研发和量产。
工业机器人主要是替代工人的一些危险性作业、污染环境中工作或者简单重复性工作，其目的在于提升生产安全性和提高产品质量，从而提升生产效率，因此得以在制造业领域广泛被采用。表1-1 机器人大事记资料出处：日本机器人工业协会(JARA)
通常认为，工业机器人是在20世纪70年代开始“量产化”的，1980年是“普及元年”，20世纪80年代也因此诞生了柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS），工厂自动化（Factory Automation，FA）等新型生产系统。因此，传统的大规模生产时代，开始向中批量中种类、小批量多种类生产时代变迁。正是因为机器人相对于传统自动机更具广泛性，在新一代生产系统中发挥着核心作用，因此机器人产业得以快速发展。机器人的新定义
百度百科的解释：机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则、纲领行动。它的任务是协助或取代人类的工作，如生产业、建筑业或危险工种。
实际上，机器人这个词的诞生最早可以追溯到20世纪初。1920年原捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。
我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高级灵活性的自动化机器。”
近年来，随着传感器、人工智能等技术进歩，机器人正朝向与信息技术相融合的趋势发展。由此诞生的“自律化”、“数据终端化”、“网络化”等世界领先技术的机器人正在全世界范围内不断地获取数据、获得应用，形成数据驱动型的创新。机器人在这一过程中，在制造、服务领域带动产生新附加值的同时，还将成为在各种信息传达、娱乐和日常通信领域带来极大变革的关键设备。
机器人概念也将发生变化。以往，机器人主要是指，具备传感器、智能控制系统、驱动系统等3个要素的机械。随着数字化的进展、云计算等网络平台的充实，以及人工智能技术的进步，一些机器人即便没有驱动系统，也能通过独立的智能控制系统驱动，来联网访问现实世界的各种物体或人类。未来，随着物联网世界的进化，机器人仅仅通过智能控制系统，就能够应用于社会的各个场景之中。那样一来，只有兼具3个所有要素的机械才能称为机器人的定义，将有可能发生改变。也就是说，下一代机器人将会涵盖更广泛的概念。以往并未定义成机器人的物体也将机器人化。例如，无人驾驶汽车、智能家电、智能手机、智能住宅等也将成为机器人之一。
从工厂到日常生活，机器人应用更加广泛。第二章机器人的新意义促进制造业转型升级
一方面，人口红利正在消失，人工成本不断提高，使许多原本利润微薄的企业几乎没有了利润，而大量的人工操作，也不利于质量控制和企业管理；另一方面，机器人技术正在快速发展，价格不断下跌。正因为如此，制造业的许多工厂开始加快用机器人取代工人的步伐，也就是“机器换人”。
毫无疑问，“机器换人”可大幅提高劳动生产率。“招工难”也已成为近年的普遍现象，特别是在劳动密集型企业表现得尤为突出，北京、上海、深圳、广州等一线城市劳动力市场频现“用工荒”。而一个机器人则相当于三个人。因为，工人是8小时工作制，而机器人可以24小时不间断工作（见图2-1）。
另外，数据显示，2000年以来，我国城镇单位就业人员平均工资始终保持每年10%以上的增长，2013年全国城镇非私营单位就业人员年平均工资达到51474元，与2012年相比，名义增长了10.1%。而机器人则不需要支付工资。如果按照购买价格除以使用年限来计算“工资”的话，相当于每月不到1000元的工资成本（见图2-2）。图2-1 一个机器人的工作量相当于三个人资料出处：日本软银公司（作者改译）图2-2 2050年的工资水平估测资料出处：日本软银公司（作者改译）
可以说，“机器换人”将弥补大量制造业劳动力，缓解“用工荒”现象。以浙江省为例，2012年浙江省提出“全面机器换人战略”，预计到2017年全省3.6万家规模以上工业企业全面完成“机器换人”的现代化技术改造。按照省政府估算，到2017年规模以上企业基本完成“机器换人”后，浙江省社会劳动生产率将由2014年年末的10万元/（人年）上升至14万元/（人年），三年增幅达到40%。“机器换人”是以现代化、自动化的装备提升传统产业，推动技术红利替代人口红利。通过“机器换人”不仅能够提高劳动生产率、解决用工难题，还能提升职业健康和安全生产水平，将成为工业企业转型升级的必然选择。
因此，各地纷纷出台“机器换人”行动计划。2013年11月，浙江嘉兴市发布《嘉兴市2014年度“机器换人”专项行动方案》；2013年12月，浙江杭州市发布《关于开展“机器换人”工作三年行动计划（2013－2015）》；2014年7月，佛山市顺德区发布《关于推进“机器代人”计划—全面提升制造业竞争力实施办法》；2014年8月，东莞市政府发布《东莞市推进企业“机器换人”行动计划（2014－2016年）》（见图2-3）。尤其是2014年，随着“东莞一号文件”及各项扶持政策的出台，“机器换人”在珠三角的制造业重镇——东莞打响了“第一炮”，并在全国掀起了一场“机器换人”的浪潮。通俗来讲，“机器换人”就是在用工紧张和资源有限的情况下，通过提升机器的办事效率，来提高企业的产出效益。“机器机械人”是以“现代化、自动化”的装备提升传统产业，利用机械手、自动化控制设备或流水线自动化对企业进行智能技术改造，实现“减员、增效、提质、保安全”的目的。图2-3 各地纷纷出台“机器换人”行动计划
主要目标是，要在电子、机械、食品、纺织、服装、家具、鞋业、化工、物流等重复劳动特征明显、劳动强度大、有一定危险性的行业领域企业中，特别是劳动密集型企业中全面推动实施“机器换人”，并重点推进工业机器人智能装备和先进自动化设备的推广应用和示范带动，实现“减员、增效、提质、保安全”的目标要求，进一步优化人口结构、提高企业劳动生产率和技术贡献率，培育新的经济增长点，加快产业转型升级。
曾经的劳动密集型产业时代，有劳动力规模就有产量，有产量就有销量；而如今，只有站上技术高端，才能不被淘汰，才能转型升级。“机器换人”已成为促进制造业转型升级的重要手段之一，甚至决定着产业的未来走向——由低成本价格竞争走向高附加值竞争，推动整个产业业态由低端走向高端。
机器人早已被应用于汽车、电子等制造业领域，大多从事一些简单重复性动作的工作。而现在，把机器人只当作是一种生产工具的定义已经过时。“机器换人”将引发新的制造业革命。除了降低了用工成本，缓解了用工难、用工贵的难题，还可以在多个方面促进企业提质增效，提高劳动生产效率，提升产品质量，减少能源消耗。机器人的更多用途
唯有解放人力，才能迈出新舞步。
2013年国际机器人联盟（IFR）发布的《工业机器人对就业的积极影响》专题报告中，通过对美国、德国、日本、韩国、巴西和我国的工业机器人应用现状进行分析，指出在未来8年内，机器人技术将对全球制造业就业产生积极影响，一方面，机器人产业自身不断壮大，将新生大量的就业需求；另一方面，机器人应用的不断深入，引发制造业分工细化，促进服务业创新升级，产生新的就业机会。
首先，在制造业领域，工业机器人将替换大多数劳动强度大、简单重复、安全风险高、作业环境差等工作岗位。研究显示，90%以上的安全生产事故与人的疲劳、误操作、违章作业等因素有关，与人相比，机器具有可靠性高、操作规范等特征，通过工业机器人能够大幅降低事故发生的可能性；职业病发病主要是由于长期暴露于有毒、有害环境中，工业机器人的大规模使用能够减少一线员工数量、降低作业人员暴露于有毒、有害环境中的时间，可大幅降低职业病发病率。
其次，机器人将更广泛地应用到服务业的各个领域。服务机器人能够满足消费者情感交流、陪伴互动、生活服务等多样化、个性化诉求。随着新一代信息技术、人工智能、互联网以及物联网技术的快速发展，具有人性化交互能力、运动化控制功能的服务机器人将成为家庭的“一个成员”，服务机器人自定义、自律操作、自学习、网络协同，能够满足消费者多样化、个性化的感知认知、动作行为以及控制诉求。
最后，服务机器人可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作（见表2-1），尤其是家庭和医疗领域的应用。随着全球人口的老龄化，产生了许多社会问题，例如，对于老龄人的看护，以及医疗护理等问题。光靠财政手段解决这些问题，必将导致巨额的社会负担。而从技术角度，广泛应用服务机器人，利用服务机器人所具有的特点，则能够显著降低财政负担。
国际机器人联盟给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。数据显示，目前，世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人开发。表2-1 服务机器人分类续表续表资料出处：IFR，招商证券机器人将遍及社会各个角落
未来，随着机器人遍及社会各个角落，每个人都能感受到机器人应用带来的效果。例如，在老龄化严重的情况下，医疗护理的重要性日益凸显。如果机器人得到深度应用，就可以提供许多目前还实现不了的高级医疗手段，提供负担较轻但是质量较高的护理服务。
同时，如果机器人在社会的各种场景得到应用，也将培育出机器人参与协同工作的各种新业态（维修、娱乐、保险等）。机器人传感器技术、控制技术、人工智能技术、人机交互技术、动力技术和材料技术不断发展，推动机器人在社会各个领域的应用走向成熟。尤其是随着智能控制理论、机器学习算法、人机交互等关键技术快速发展，使得机器人具备深度学习能力，通过访问云计算数据中心，进行大数据分析挖掘，而能够在日益复杂的、不确定和非结构化的环境中，进行自律性操作，从而响应并满足消费者个性化、实时化和多变化的需求。
当然，随着机器人的深度应用，一些社会制度也需要适时调整。尽管机器人的进化日新月异，但是相对于能够识别各种状况做出判断的人类来说，机器人能做的事情依然存在很大的局限性，未来很长一段时间，仍然有待于不断地进化。
为此，只有将营造人类与机器人协同生活的社会为必要的前提条件，才能将机器人的能力最大限度地发挥出来，这对实现“机器人无障碍社会”也非常重要（见图2-4）。图2-4 机器人将成为家庭的一员资料出处：日本机器人工业协会（JARA）
实现机器人无障碍社会，老人、儿童都将在日常生活中与机器人互动。有机器人协助，人类将从繁杂的工作中释放出来。同时，信息通信技术进一步发展，也会大幅提升生活的质量。
此外，就政府管理而言，通过运用机器人，能够保障区域安全，提升区域满意指数，也能够解决安保人员不足的问题，提升地方的安全性和便捷性。第二篇重新布局机器人
机器人定义变化的背后是新一代信息技术和互联网时代的进步。机器人意义的扩展是随着机器人功能的升级而产生的。伴随着新一轮工业革命的到来，发达国家纷纷出台机器人新战略，其目的是想通过机器人的升级，争夺未来制造业的霸权，带动整个社会的科技变革。第三章国外机器人六大强国
根据英国知识产权局2014年的一份报告显示，从2004年到2013年机器人专利以三倍的速度递增，过去的10年中发表12万个机器人技术专利。机器人技术专利最多的国家是日本（31%）。美国排在第二位（19%），下面是德国（17%）、中国（10%）、韩国（9%）、法国（3%）和英国（2%）。
也就是说，如果参照这份研究报告的话，除了我国之外，国外机器人六大强国依次为：日本、美国、德国、韩国、法国和英国。
综合这六个国家的机器人发展史，可以看出，机器人产业的发展逻辑是“社会催生需求，应用催发市场”（见表3-1）。表3-1 机器人六大强国发展简史和经验续表续表资料出处：长城证券研究所
在服务机器人领域，发展处于前列的国家中，西方国家以美国、德国和法国为代表，亚洲以日本和韩国为代表（见表3-2）。表3-2 机器人领域国际竞争力比较续表（○：竞争力强，△：一般，×：较弱）资料出处：机器人技术战略调研报告，日本机械工业联合会
美国的机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进、适应性十分强，在军用、医疗、家用服务机器人产业都占有绝对的优势，占服务机器人市场约60%的份额；德国服务机器人的研究和应用方面也在世界上处于领先地位；法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。
日本是机器人生产、研发和使用大国，一直以来将机器人作为一个支柱产业，在发展技术和资金方面一直给予大力支持；韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，把服务机器人作为国家的一个新的经济增长点进行重点发展，对机器人技术给予了重点扶持。
因此，近三年来，这六个国家陆续出台机器人有关的国家战略，将机器人视为经济增长的推动力。例如，2012年韩国发布《机器人未来战略2022》；2013年美国发布《机器人发展路线图》，德国发布《工业4.0战略》，法国发布《机器人行动计划》；2014年英国发布《机器人和自主系统战略2020》；2015年日本发布《机器人新战略》（见图3-1）。图3-1 国外机器人六大强国的机器人战略
这些举措的背景之一是，伴随快速发展的数字化以及网络技术，云计算技术的高级化，物与物通过网络相连接的物联网社会正在不断现实化，机器人也将迎来巨大转机。欧美各国意识到了这个巨大的变化，开始谋划抢占新一轮工业革命的先机，掌控新一代机器人技术与市场的主导权。第四章日本：《机器人新战略》“机器人大国”
机器人技术在日本得到极大的产业化。
1954年，美国人乔治•德沃尔首先提出了“工业机器人”的概念，并于1962年由美国Unimation和AMF公司实现量产进行销售。虽然工业机器人并不是诞生在日本，但是日本却将工业机器人发扬光大，并成为了当今世界最大的工业机器人王国——“机器人大国”日本既是工业机器人的最大制造国，也是最大消费国。
美国在20世纪60年代制造了现实中的机器人，1967年日本川崎重工引进美国技术，随后伴随着日本汽车和电子制造业的崛起，工业机器人被大量引入汽车和电子制造业中。20世纪80年代，德国才将工业机器人引入纺织业中。而20世纪80年代以来，日本机器人以制造业工厂应用为主，已然实现了迅速普及。尤其是机器人在主要需求领域——汽车与电子制造产业中的安装使用，带动了生产效率大幅提高。可以说，正是机器人应用，才造就了经济上“日本第一”的辉煌时代。
日本从很久以前就重视机器人的多样性，前瞻性尝试研发宠物机器人、人形机器人、服务机器人，并在这些领域领先于世界，受到广泛关注。
日本机器人的实力，最开始是在工业领域的普及而受到全球的认可。目前，日本仍然保持工业机器人产量、安装数量世界第一的地位。2012年，日本机器人产值约为3400亿日元，占据全球市场份额的50%，安装数量（存量）约30万台，占全球市场份额的23%。而且，机器人的主要零部件，包括机器人精密减速机、伺服电机、重力传感器等，日本占据全球90%以上的市场份额。
目前，日本在机器人生产、应用、主要零部件供给、研究等各方面依然保持全世界遥遥领先的优势，依然保持“机器人大国”地位。三个世界第一
伴随德国工业4.0时代的到来，生产制造领域的工业机器人将不断地升级为智能机器人。作为制造业大国和机器人大国，日本如坐针毡——如果不推出机器人国家战略规划的话，将威胁日本作为“机器人大国”的地位。2015年1月23日，日本政府公布了《机器人新战略》。该战略首先列举了欧美与中国的技术赶超，互联网企业向传统机器人产业的涉足，而给机器人产业环境带来了剧变。这些变化，将使机器人开始应用大数据实现自律化，使机器人之间的实现网络化，物联网时代也将随之真正到来。日本对本国机器人现状的审视
20世纪80年代以来，日本机器人以制造业工厂应用为主，迅速普及。尤其是在主要需求领域的汽车与电子制造产业中，机器人的安装使用，带动了生产效率的大幅增长。可以说，是机器人应用，造就了世界制造中“日本第一”的辉煌时代。
尽管日本依然保持“机器人大国”地位。但是，制造业依然是日本机器人的主要应用领域。“自律化”、“信息终端化”、“网络化”的变化中，日本机器人传统上是以作用于生产的稳定性与节约劳动力成本等为出发点的，主要是在制造业的生产过程自动化中，大量采用了机器人。例如，如今的汽车产业、电子制造产业的大规模量产技术中，大量采用着各种机器人。
而Google所代表的互联网企业不断拓展新商业模式，进军制造业。就制造业而言，美国还设立了工业互联网联盟；德国推出了工业4.0战略，举全国之力，推动新生产过程的开发、全产业链的优化。这些趋势之中，关键是模块化和意在获取国际标准。
因此，日本政府担忧，假设日本在机器人开发中的着眼点依然落后于这一趋势的话，机器人领域也将边缘化，制造领域领先的商业模式也将走向衰落。同时，使机器人作为系统得以应用，关键就是系统集成，而目前日本机器人应用大多仅限于汽车、电子制造领域等大型企业。汽车与电子制造领域之外的制造业与服务业等新的领域，中小企业等的需求日益增多，系统集成商的数量和质量都显得不足，这些方面也需要尽早解决。大力推动机器人革命
日本政府认为，为实现机器人革命，必须改变日本对机器人的认识。
机器人革命是指，随着传感器、人工智能等技术进歩，以往并未定义成机器人的物体也将机器人化（如汽车、家电、手机、住宅也将成为机器人之一。），同时从制造业工厂到大众日常生活等各个领域，都要广泛应用机器人，并通过机器人的普及应用，通过解决社会问题、强化制造业与服务业领域的国际竞争力，产生新附加值，带动社会进步，更加便利，更加富有。
机器人革命首先是要实现任何人都可以熟练使用的“易用性”。根据各种领域的实际需求，灵活改变机器人。以往，机器人应用的主要领域是以汽车、电子制造产业等大企业为主，主要是嵌入大规模的生产线中的工业机器人。未来的机器人，将更多地应用于三品（食品、化妆品、医药品）行业，以及更广泛的制造领域、各种各样应用环境的服务领域、中小企业等。为此，未来的机器人发展，不是那种大型的用于焊接与喷漆的生产线专用机器人，而是研发更小的、广泛应用的机器人，同时适用于中小企业的性价比较高的机器人。
同时，在已经应用机器人的领域，也应制定较高的目标。除了现有技术之外，还要能够支持产品生命周期较短的产品制造，能够简单进行频繁切换的机器人等。
此外，为了让机器人能够广泛应用，机器人供应商、系统集成商、用户之间的关系也要重新定位。与以往不同，这三者完全可以形成一种可共赢、可获取高附加值的关系。届时，他们能够发挥各自的创造力，形成凝聚力与竞争力，一边兼顾到成本结构，一边共同致力于提升竞争力所需的技术开发。
上述“简单易用的机器人”，也就是在通用平台之下，通过模块组合满足各种需求的模块型机器人将成为主流。
其次，机器人正朝向与信息技术相融合的趋势发展。要开创“自律化”、“数据终端化”、“网络化”等世界领先技术的机器人，并加以广泛应用。由此，在全世界范围内，不断地获取数据、获得应用，形成数据驱动型的创新。机器人在这一过程中，在制造、服务领域带动产生新附加值的同时，还将成为在各种信息传达、娱乐和日常通信领域带来极大变革的关键设备。
此外，机器人概念也将发生变化。未来应从新的创新潮流以及发展可能性的角度上，来灵活把握机器人概念。以往，机器人主要是指具备传感器、智能控制系统、驱动系统3个要素的机械。随着数字化
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