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日本机器人国家战略旨在应对德国工业4.0
2016-02-19    来源:百度百家    发布者:王继宏
 

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。

一、机器人成为经济推动力的全球背景

近年来,欧美等发达国家纷纷将机器人视为经济增长的推动力。

美国政府在2011年公布了《国家机器人计划(National Robotics Initiative)》,计划每年对以人工智能、识别(语音、图像等)等领域为主的机器人基楚研究提供数千万美元规模的支持。美国互联网巨头Google在2013年12月,相继收购了7家机器人高科技企业(总额6千万美元),受到了全世界的关注。收购企业中甚至包括美国国防总省国防高等研究计划局(DARPA)2012年举办的机器人挑战赛的前几名企业。

同时,欧洲在2014年,欧洲委员会与180多家企业或研究机构共同成立致力于机器人领域研究与创新的项目“欧盟 SPARC”,主要致力于在制造业、农业、卫生保健、运输、社会安全、家庭领域等推进实用机器人的开发。其中,欧洲委员会计划出资7亿欧元,企业或研究机构计划投资21亿欧元,总共将达到28亿欧元的规模。

欧美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的现实化。欧美各国意识到这个巨大的变化,开始谋划抢占新一轮科技变革的先机,掌控新机器人应用的主导权。

中国随着劳动力成本的上涨、对产品质量品牌的重视,未来也将大规模应用最高端的工业机器人。

二、“机器人大国日本”的现状

上世纪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,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。

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认可的。目前,日本仍然保持工业机器人产量、安装数量的世界第一的地位。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,据占据90%以上的全球市场份额。

目前,日本在机器人生产、应用、主要零部件供给、研究等各方面依然在全世界处于遥遥领先的优势,依然保持“机器人大国”地位。但是,制造业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。

所以,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,这方面也需要尽早解决。

三、机器人的发展趋势

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朝向自主学习、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的进步之外,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,推动了机器人自身能力的进一步提升,使得机器人不断能够从事更加高级工作。

其次,以往,机器人被单向控制,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。也就是,机器人正在向替代计算机或者手机的“信息终端化”演变。从而,机器人将在我们日常生活的各个角落内得到应用。例如,日常通信、家政等生活服务等领域。

最后,机器人将从不同功能的独立单体,朝向相互联网,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,将成为各种系统的一部分,来发挥成员的作用。可以说,伴随物联网社会的到来,机器人的重要性正在日益增强。

尤其是,以数据、虚拟网络为核心的物联网时代,具体应用场景所产生的海量数据将成为机器人进化的驱动力(数据驱动型创新)。为此,机器人有望在面向产业、面向消费者等各个领域发挥更大的作用。

四、日本的机器人革命

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(例如,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,主要是嵌入到大规模的生产线中的工业机器人。未来的机器人,将更多的应用于三品产业(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。未来应该从新的新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,下一代机器人,将会涵盖更广泛的概念。

同时,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作出判断的人类来说,机器人能做的事情依然存在很大的局限性,需要中长期的进一步进化。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的发挥出来。这也对实现“机器人无障碍社会”非常重要。

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。人类借助机器人的协助,在日常生活中,从繁杂的工作中释放出来,同时,信息通信手段得以进一步充实,也会大幅提升生活的质量。此外,就地方政府管理而言,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缺乏的问题,提升地方的安全性和便捷性。还有,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尚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,从而每个人都将实际感受到机器人应用带来的效果。继而,机器人在社会的各种场景得到应用的话,也将培育出机器人参与协同工作的各种新的业态(维修、娱乐、保险等)。

五、日本机器人革命的三大目标

日本机器人革命,主要有三大目标。

・世界机器人创新基地——巩固机器人产业培育能力

增加产、学、官合作,增加用户与厂商的对接机会,诱发创新,同时推进人才培养,下一代技术研发,开展国际标准化等工作。

・世界第一的机器人应用国家——展示(机器人随处可见)

为了在制造、服务、医疗护理、基础设施、自然灾害应对、工程建设、农业等广泛领域,广泛使用机器人,在战略性推进机器人开发与应用的同时,打造应用机器人所需的环境。

・迈向世界领先的机器人新时代

物联网时代,数据的高级应用,形成了数据驱动型社会。所以,所有物体都将通过网络互联,日常生活中将产生无数的大数据。进一步而言,数据本身也将是附加值的来源。因此,要随着这样社会的到来,制定着眼于机器人新时代的战略。

日本政府认为,为实现这三大目标,要推进机器人相互联网,自律性存储数据,加以应用等的规则,并积极申请国际标准。同时,平台安全以及标准化也是不可或缺的。 日本政府计划到2020年的5年间,要最大限度应用包括政府制度改革在内的多种政策,扩大机器人开发投资,推进1000亿日元规模的机器人扶持项目。届时,机器人并不是简单的替代人类劳动的概念,而是“机器人是与人之间形成互助互补的关系,与人一起创造高附加值的合作伙伴”。

六、实现三大目标的主要路径

(一)巩固机器人产业培育能力

1、营造创新环境

实现世界第一的机器人创新基地,需要一体化推进环境建设,需要不断培育给社会带来变革的机器人创新体制。

具体而言,为了实现机器人革命,日本政府计划设置“机器人革命促进会”,具体协调各个相关机构各自明确自身的职责,共享其进展情况,具体协调推进机器人新战略。该促进会负责,产、学、官的合作以及用户与厂商的对接,相关信息的采集与发布,起草日美自然灾害应对机器人的共同开发等国际合作方案,起草国际标准战略,制定管理制度改革提案,数据安全规则,推动示范项目的共享与普及。

同时,引领机器人革命,需要建设开创前沿的各种新机器人技术的应用的实验(机器人实验)环境。设置既能保障机器人实验所需的充分空间,又不受现有制度约束可以实验的自由实验场地。从而,汇集代表性的机器人革命的国内外挑战者。还要不断提供满足开展各种实验的潜在需求,为未来形成创新基地创造条件。

2、人才培育

培育机器人系统集成、软件等信息技术人才,开展机器人革命的关键性人才。

首先是,以系统集成商为主,通过实际项目,为其增加实际现场安装机器人的机会,通过实际项目培训来培育系统集成人才。同时,目前,应用机器人的生产线设计需要具备技术与经验的高级人才,要充分增加这些高级人才的储备。

此外,要运用职业培训以及职业资格制度,支持系统集成人才培育,研究机构或者大学的相关人才的教育培育,新创业人才的扶持政策等,也要立足于中长期视角,制定机器人的培育与安装实施的专业人才的培育政策。培育专业人才之际,还要充分注意信息安全的保障。

此外,通过初等中等教育以及科学会馆等社会教育施设的应用,广泛普及机器人知识,让大众学会在日常生活中与机器人相处的方法,同时,理解机器人的工作原理,养成与机器人共同协调、共同生活的机器人文化。

3、面向下一代的技术研发和标准化

变化极快的机器人与人工智能领域中,为了使日本技术在将来仍然保持最高端、最主流的地位,需要着手开展机器人与人工智能的下一代技术的研发。届时,数据驱动型社会中,研究机器人的头部、眼睛、手指的核心技术(人工智能、感知与识别、驱动(伺服电机)以及控制等)的同时,还要不断关注到没有被现有机器人技术体系所纳入的广泛领域(能源源、材料、通信、安全、大数据、人机接口等)中的创新。此外,开发的技术还要快速地实用化。

通过技术的开发与实用化,提升机器人的功能的同时,改变机器人操作性、易用性也很重要。例如,通过语音识别技术的高级化,有望实现对人类而言,直观地、简易地,谁都可以操作的机器人。

此外,技术开发之际,在并行开展大多要素技术的研发的同时,还需要通过举办工作组研讨会或挑战项目等,加强技术间合作与信息共享,促进开放创新。

未来,多个机器人合作,成为一个系统。因此,除了每个设备之外,还要重点推进中间件(机器人操作系统)等软件与接口、通信等设备间合作,以及这些功能的认定与标准化工作。

(二)大力推广机器人应用

在各个领域,充分应用机器人,解决经济和社会问题。同时,加速“机器人的应用普及”,打造最高端的机器人创新基地。

1、促进在各领域的应用

各领域中,劳动密集型产业中,生产率较低的生产过程、简单的重复性工作、重体力劳动等通过大规模安装机器人,解决劳动力不足问题,使人才释放出来,转向高附加值领域。同时,安装机器人并非一项独立的生产过程,需要将关联的前后端生产过程作为一个整体系统,来扩展机器人的应用领域。例如,从手工劳动到机器人作业的过渡,需要将工作内容以及工作环境数据化,并搭建平台来利用、加工和应用这些数据。每个行业应该根据实际情况,采取类似的对策,才能整体优化各种领域的系统,最大程度应用机器人的功能。通过这些举措,能够大幅度提升生产效率,实现24小时的自动作业等划时代的生产过程,从而根本上强化生产率,提升全日本的附加值。

促进机器人广泛应用,需要指定各领域的定量目标(KPI)并加以落实。制造、服务、医疗护理、基础设施、自然灾害对应、工程建设、农业等各领域都将确定2020年的战略目标与行动计划,并基于此进行一项项落实。机器人的用户、厂商、大学、行政等所有机构都应积极地为实现2020年目标而努力,从机器人开发到现场安装,一体化推进机器人的市场投入。

除了上述领域之外,还有很多潜在的机器人应用领域。例如,机器人在娱乐领域的应用,并非以替代手工劳动为出发点,而是培育新的价值;机器人在宇航领域的应用,实现了以往人类难以实现的极限状态下的工作。未来应用潜力很大的领域有很多,应当进一步扩大机器人技术应用,向更多领域推广技术开发成果。

因此,还要持续关注这些潜在领域中的技术进展和市场趋势。未来,也要制定同样的行动计划,为了在更多领域实现机器人应用与普及,而开展持续性的研究。

2、支持机器人广泛应用的总体政策

为在各种领域应用机器人,需要在搭建机器人系统方面,加强系统集成能力,获取用户的各种需求,汇集厂商,使用户与厂商不断对接。同时,系统集成商作为独立的服务提供商,为了确立可持续的商业模式,关键是需要打造简化的系统集成概念,同时打造要可灵活支持各种需求的技术平台,扩大支持模块化的机器人(硬件/软件)的安装。各种企业依据被大多数认可的标准规格,开发并供给模块,系统集成商将其组合应用于各种用途。由此,才能控制集成成本,扩大业务规模。

同时,要扩大各类企业的参与度。为了使机器人在日本全国都能被日常中使用,不仅仅是现有机器人厂商,中小企业、高科技企业、信息技术企业也有可能参与到机器人市场之中。例如,以往作为用户应用机器人的企业运用其经验也有可能成为机器人供应商,机器人维护的企业也有可能去研发机器人参与到机器人业务之中。“机器人革命促进会”将积极为各类企业提供信息,为新的市场参与者营建环境。

扩大机器人在现实社会中的应用,还需要从放松管制和建立制度两个角度考虑,推进相对平衡的管理制度改革。尤其是,尚未鼓励机器人应用的大多管理制度要朝向促进机器人先进应用的方向进行改革。“机器人革命促进会”将在准确把握机器人实际态势的基础上,制定人类与机器人协同工作所需的新规则,同时,加快推进对一些非必要管理制度的撤销工作。

(三)引领世界机器人革命

物联网时代,将产生各种数据,数据挖掘应用的能力直接关系到附加值和经济社会的发展,数据驱动型社会正在到来。目前,数据是数据驱动型社会的价值来源。围绕数据获取与应用的竞争日益激励。互联网普及下,以往都是人类在网络上发布信息,获取数据。但是,近年来,通过传感器,从现实社会的各种活动,采集大数据的趋势越来越明显,可以说,新数据获取的竞争已经开始了。

以往,互联网巨头掌控搜索引擎以及社交网络服务领域的全球化平台,积聚了网络上所有信息。同时,它们应用积聚的数据,进一步推出高附加值服务,不断地扩大自己的平台,在数据获取的全球竞争中占据有利局面。

今后,在激烈的现实社会的数据获取竞争中,为现实社会的各种活动部署传感器,从中获取数据的业务布局将日益增多。那时,机器人,由于可应用于社会各种领域,因而在这方面存在较大潜力,将成为未来获取数据体系中的核心一员。数据驱动型社会中,机器人一定会成为获取数据的关键设备。互联网巨头纷纷将目光投向了机器人,不断收购机器人企业,其背后就是体现出了这种意图。

实现领先世界的机器人革命,不仅仅要在工业领域,还需要在日常生活中,在全国实现“机器人随处可见”。只有成为“机器人王国”,才能搭建从现实社会获取数据的平台,才能赢得获取大数据的全球化竞争。

制造业领域,工业4.0或者工业互联网等全球趋势主要体现在,将各种系统互联,进行控制,提升效率,改进灵活性,形成下一代生产技术体系。主要是将生产活动的各种状态数据化,累积数据,以数据为核心,加以人工智能的应用,来实现高级控制,是获取现实社会物体大数据竞争的一个环节。日本政府认为,日本制造业在生产技术上处于世界领先地位,但是在数据获取以及应用的国际竞争中,如果要争夺领先地位,就需要搭建新的平台,打造大数据深度应用的高附加值生产系统,并全面向全世界推广。

未来,不仅仅是制造领域,各种领域都将围绕现实社会的数据进行激励竞争。因此,为了巩固机器人产业竞争力,需要推进下一代高端技术研发,同时,需要在各种领域都能实现机器人的应用,开创机器人无障碍社会。继而,通过机器人的广泛应用,随着其所获取的数据被灵活应用,才能充分带动出产业优势,从而开拓全球市场。为此而开展国际合作,制定国际标准以及各种规则将至关重要。

同时,安装机器人并不仅仅是简单地为了替代人类,而应定位为与人类协同,与人类形成互补。为了掌控这些系统,人类不断专研提升自身价值,人类也将不断地转向更高附加值的领域,反过来不断改善机器人的应用系统。重要的是,人类与机器人之间互助互补形成螺旋式的上升,形成与人类全面协同的机器人系统。

因此,数据驱动型社会下,所需的政策也应以机器人为核心,需要涵盖到包括产业链管理、市场营销在内,广泛的工业相关要素。未来,在政府层面,积极推动机器人在交通信息化,医疗信息化,能源信息化等各种领域中的应用,从而带动经济和社会的变革。

(作者: 王喜文系工信部国际经济技术合作中心中国智造与工业4.0研究所所长,九三学社中央科技委委员,九三学社北京市房山区工委副主任。微信号wangxiwen126)

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