本刊記者 蘆瀟靜

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展望工業(yè)4.0 聚焦機器人—嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第15次主題討論會在京召開

本刊記者 蘆瀟靜

所謂工業(yè)4.0，是基于工業(yè)發(fā)展的不同階段作出的劃分。工業(yè)1.0是蒸汽機時代，工業(yè)2.0是電氣化時代，工業(yè)3.0是信息化時代，工業(yè)4.0則是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時代，也就是智能化時代。這個概念由德國提出，其核心目標(biāo)是提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。

嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)4.0戰(zhàn)略中具有舉足輕重的地位。在德國聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組題為“實施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報告中提到：“功能強大的、自主的微型計算機(嵌入式系統(tǒng))正越來越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無線方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致引起實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界(cyberspace)以虛擬網(wǎng)絡(luò)-實體物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合?！?/p>

近日，嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第15次主題討論會如期而至，會議主題是研討工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)、聚焦機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本次會議邀請到多位機器人、物聯(lián)網(wǎng)和計算機領(lǐng)域的著名專家學(xué)者做精彩報告，由嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會發(fā)起人何小慶主持會議，吸引了來自高校、科研、企業(yè)和科技媒體的各界代表參與了交流和討論。

天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長，長江學(xué)者 馬建國教授——工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)

未來，物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模將是互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的30倍，IT規(guī)模的300倍！當(dāng)這樣一個世界到來時，將會出現(xiàn)更多像阿里巴巴這樣的巨型企業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開兩個核心科技：一是嵌入式的智能系統(tǒng)，并非傳統(tǒng)意義上的嵌入式系統(tǒng)，而是要求智能化；二是極低功耗的智能化無線系統(tǒng)。如果不具備這些條件，工業(yè)4.0也就無從談起。那什么是真正的智能呢？比如，任何時間，車與車、車與路之間都能實時交互，這就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)在整個智慧交通中的應(yīng)用。隨著老齡化問題日益嚴(yán)峻，醫(yī)療健康將是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。

簡而言之，工業(yè)4.0的核心是基于物聯(lián)網(wǎng)的整合服務(wù)：物聯(lián)網(wǎng)=嵌入式智能系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)4.0=物聯(lián)網(wǎng)+制造。而這一切的關(guān)鍵就在于——讓制造流程會說話！

北航機器人研究所所長，長江學(xué)者 王田苗教授——機器人前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)機遇

機器人的發(fā)展已有40年的歷史，之所以最近得到廣泛關(guān)注，除了激烈的市場競爭之外，還有個重要因素就是技術(shù)的推動，尤其是電子信息和嵌入式技術(shù)的推動！遺憾的是，機器人本身發(fā)展緩慢，不過近年來柔性機器人取得一定突破。

第三次科技浪潮涵蓋:移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，醫(yī)療健康與物聯(lián)網(wǎng)、新能源與智能交通，機器人與智能制造。這些領(lǐng)域和技術(shù)的深度融合，將會使產(chǎn)業(yè)重新分工，從而使制造的生產(chǎn)模式和制造手段發(fā)生巨大變化。2013年3月的麥肯錫報告顯示，物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、機器人、智能交通、3D打印涵蓋了引領(lǐng)全球變革的12項顛覆性技術(shù)中的9項。

目前，在制造業(yè)中，工業(yè)機器人占比僅為0.58%，總保有量約160萬臺。如火如荼的制造業(yè)革命將為機器人帶來巨大市場。未來，數(shù)字化設(shè)計、機器人、3D打印是制造業(yè)智能化發(fā)展的重要方向。其中，智能機器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將影響全球制造業(yè)格局。

除此之外，服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)正在形成并高速發(fā)展，本體、感知、控制等智能技術(shù)嵌入、融合相關(guān)行業(yè)，分散發(fā)展，如信息家電、娛樂教育、智能交通、外科手術(shù)、危險作業(yè)等。

就我國機器人產(chǎn)業(yè)而言，減速器是急待攻克的核心零部件，但尚須時間才能有所突破。對于機器人的發(fā)展思路，未必圍繞仿真，重在應(yīng)用，尤其要關(guān)注低端行業(yè)的應(yīng)用。王教授反復(fù)強調(diào)：機器人產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)線長，需要長期堅持，先苦后甜！

湖南大學(xué)計算機與通信學(xué)院 李智勇教授——日本東京工業(yè)大學(xué)等5所大學(xué)機器人研究考察

李教授詳細(xì)介紹了訪問日本東京工業(yè)大學(xué)等5所高校機器人實驗室的詳細(xì)情況。其中，包括名古屋大學(xué)高田教授的實驗室。作為日本嵌入式第一人，高田教授牽頭研發(fā)的Toppers操作系統(tǒng)可謂是嵌入式領(lǐng)域的Linux,能夠讓各種嵌入式應(yīng)用程序以及中間件在一個確定的平臺上自由流通。其廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，甚至包括對可靠性要求極高的航天領(lǐng)域。

李教授最大的感觸是，以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用驅(qū)動的、面向載體對象的研究，是我國高校實驗室需要進(jìn)一步探索的方向，這將對嵌入式、機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

北航機械工程與自動化學(xué)院 魏洪興教授——機器人操作系統(tǒng)及人機協(xié)作安全機器人

傳統(tǒng)機器人采用系統(tǒng)的集成設(shè)計方法，產(chǎn)品開發(fā)周期長，技術(shù)研發(fā)低水平重復(fù)，阻礙了機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；而新型機器人則是采用基于模塊化的機器人開發(fā)方法。與傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比，新型與人協(xié)作的輕型工業(yè)機器人將成為未來發(fā)展方向之一。

為了推動機器人模塊化的工作，魏教授的團(tuán)隊做了很多努力。終于，工作組WG10：Modularity for service robots在今年6月正式成立,我國任副組長單位，負(fù)責(zé)機器人模塊化硬件標(biāo)準(zhǔn)制訂。

機器人模塊化的關(guān)鍵技術(shù)在于機器人操作系統(tǒng)。其中，開源的ROS(Robot Operating System)頗具代表性。目前，大概95%的服務(wù)機器人基于ROS進(jìn)行開發(fā)，80%的工業(yè)機器人也開始采用ROS進(jìn)行一些輔助的開發(fā)。

ROS的缺點在于過度依賴Linux資源，實時性和可移植性較差，為此魏教授的團(tuán)隊對ROS進(jìn)行了實時化改造，研發(fā)了自己的機器人實時操作系統(tǒng)平臺——基于多核處理器的雙OS解決方案。

魏教授表示：機器人模塊化標(biāo)準(zhǔn)體系的研究與實踐是一個長期的過程，國際標(biāo)準(zhǔn)研究剛剛起步，需要給予更多的關(guān)注與支持。而作為機器人模塊化技術(shù)的核心平臺，在機器人領(lǐng)域采用統(tǒng)一的機器人操作系統(tǒng)將成為趨勢。

浙江大學(xué)計算機學(xué)院副院長 陳文智教授——機器人嵌入式教學(xué)實踐

陳教授首先介紹了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的兩條路線(微處理器和SoC兩種方案)，重點介紹了針對新生的課程——《計算機科學(xué)導(dǎo)論：基于機器人的實踐方法》。該課程把基本的計算機原理和程序設(shè)計的概念用于機器人的設(shè)計和編程中，增加了動手實驗、機器人的構(gòu)造、編程和比賽等實踐和興趣環(huán)節(jié)。針對不同年級階段，利用不同的嵌入式平臺，逐步增大開發(fā)難度，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)及系統(tǒng)編程。

此外，陳教授分享了關(guān)于柔性電子系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用的最新理解。他認(rèn)為，人與信息的融合是有深度的。例如，利用可印刷的柔性器件，各種智能系統(tǒng)可以被大規(guī)模地部署到環(huán)境中，并自然地融入其中；通過柔性器件也可以給物體賦予生命，使終端設(shè)備突破現(xiàn)有的形態(tài)和功能。柔性電子產(chǎn)業(yè)預(yù)計呈指數(shù)形式增長，而傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)可能會面臨更為激烈的競爭。

自由討論

北京工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院嚴(yán)海蓉副教授先做了引導(dǎo)發(fā)言，分享了其團(tuán)隊在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用——新型PLC 研發(fā)和應(yīng)用的心得體會。我國很多工廠智能化程度十分低下，嚴(yán)老師積極呼吁大家為中國工業(yè)真正做些實實在在的事情。

太原理工常曉明教授認(rèn)為，工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)就是RV減速器，突破起來非常不易，與國家的工業(yè)基礎(chǔ)甚至是國家文化都有關(guān)系。

飛思卡爾研究中心楊欣欣博士談到，雖然目前工業(yè)機器人數(shù)量很少，但半導(dǎo)體企業(yè)是著眼于物聯(lián)網(wǎng)和智能工業(yè)的全面布局，看的是整個系統(tǒng)的收益。

原TI技術(shù)營銷經(jīng)理鄭小龍真切地表達(dá)了自己的感受：中國企業(yè)現(xiàn)在追求的是大而全，而德國企業(yè)則是追求小而精，這種工業(yè)文化的影響是極其深遠(yuǎn)的。

與會代表紛紛就工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)和機器人的技術(shù)發(fā)展、市場趨勢等進(jìn)行了熱烈的討論，提出不少引人深思的問題:

◆ 機器人的范疇如何界定？

◆ 機器人是替代人類，還是為人類服務(wù)?

結(jié) 語

德國在應(yīng)用信息技術(shù)領(lǐng)域(如嵌入式系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等)向來具有極大優(yōu)勢。工業(yè)4.0是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為國家戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。工業(yè)4.0具體是指，在制造領(lǐng)域，將資源、信息、物品和人相互關(guān)聯(lián)的虛擬網(wǎng)絡(luò)-實體物理系統(tǒng)。

126年前，英國人用“德國制造”的標(biāo)牌故意貶低德國商品，誰能料到，百年后這一稱呼竟然成為名揚天下的質(zhì)量品牌。100多年來，德國始終堅守立國之本，形成了特有的工業(yè)文化。

見賢思齊，作為世界工廠，如何由“制造大國”轉(zhuǎn)型成為“制造強國”是擺在我們面前亟待解決的現(xiàn)實問題。正如復(fù)旦大學(xué)歐洲問題研究中心主任丁純所說，“德國制造”在百年的起起伏伏中走到現(xiàn)在，根本上說靠的是勇敢接受挑戰(zhàn)，在開放的競爭環(huán)境中強大自己，而這也正是現(xiàn)在剛走向世界、面臨轉(zhuǎn)型的“中國制造”所應(yīng)學(xué)習(xí)的。

早在2007年2月，微軟創(chuàng)辦人比爾蓋茨就在《科學(xué)人》雜志預(yù)言：“機器人學(xué)將成為下個熱門領(lǐng)域，對工作、通信、學(xué)習(xí)與娛樂帶來沖擊，就像個人電腦過去30年來的影響一樣?！惫I(yè)4.0——所謂的第四次工業(yè)革命，不僅將引領(lǐng)全球工業(yè)的發(fā)展，而且也為機器人產(chǎn)業(yè)帶來了無限的發(fā)展空間。

目前，我國制造業(yè)中對工業(yè)機器人的利用十分有限，而生活中服務(wù)型機器人也尚未得到廣泛應(yīng)用。隨著我國人口老齡化問題、工廠工人供需問題日益嚴(yán)峻，對工業(yè)機器人以及服務(wù)型機器人的需求會急速增長。希望我們能抓住這一次機遇，加快我國制造業(yè)升級和機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。