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

本刊記者 蘆瀟靜

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

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(jī)時(shí)代，工業(yè)2.0是電氣化時(shí)代，工業(yè)3.0是信息化時(shí)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(shí)代，也就是智能化時(shí)代。這個(gè)概念由德國(guó)提出，其核心目標(biāo)是提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。

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(guó)聯(lián)邦教育研究部工業(yè)4.0工作組題為“實(shí)施工業(yè)4.0 攻略的建議”的報(bào)告中提到：“功能強(qiáng)大的、自主的微型計(jì)算機(jī)(嵌入式系統(tǒng))正越來(lái)越多地相互間或與互聯(lián)網(wǎng)以無(wú)線(xiàn)方式互聯(lián)。這正在導(dǎo)致引起實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界(cyberspace)以虛擬網(wǎng)絡(luò)-實(shí)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(huì)第15次主題討論會(huì)如期而至，會(huì)議主題是研討工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)、聚焦機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本次會(huì)議邀請(qǐng)到多位機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的著名專(zhuān)家學(xué)者做精彩報(bào)告，由嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)發(fā)起人何小慶主持會(huì)議，吸引了來(lái)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(zhǎng)，長(zhǎng)江學(xué)者 馬建國(guó)教授——工業(yè)4.0與嵌入式系統(tǒng)

未來(lái)，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(gè)世界到來(lái)時(shí)，將會(huì)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(kāi)兩個(gè)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(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。如果不具備這些條件，工業(yè)4.0也就無(wú)從談起。那什么是真正的智能呢？比如，任何時(shí)間，車(chē)與車(chē)、車(chē)與路之間都能實(shí)時(shí)交互，這就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)在整個(gè)智慧交通中的應(yīng)用。隨著老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)峻，醫(yī)療健康將是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。

簡(jiǎn)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(huì)說(shuō)話(huà)！

北航機(jī)器人研究所所長(zhǎng)，長(zhǎng)江學(xué)者 王田苗教授——機(jī)器人前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之外，還有個(gè)重要因素就是技術(shù)的推動(dòng)，尤其是電子信息和嵌入式技術(shù)的推動(dòng)！遺憾的是，機(jī)器人本身發(fā)展緩慢，不過(guò)近年來(lái)柔性機(jī)器人取得一定突破。

第三次科技浪潮涵蓋:移動(dòng)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(jī)器人與智能制造。這些領(lǐng)域和技術(shù)的深度融合，將會(huì)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(bào)告顯示，物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能交通、3D打印涵蓋了引領(lǐng)全球變革的12項(xiàng)顛覆性技術(shù)中的9項(xiàng)。

目前，在制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人占比僅為0.58%，總保有量約160萬(wàn)臺(tái)。如火如荼的制造業(yè)革命將為機(jī)器人帶來(lái)巨大市場(chǎng)。未來(lái)，數(shù)字化設(shè)計(jì)、機(jī)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(jī)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(jī)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(lè)教育、智能交通、外科手術(shù)、危險(xiǎn)作業(yè)等。

就我國(guó)機(jī)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(shí)間才能有所突破。對(duì)于機(jī)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(qiáng)調(diào)：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)線(xiàn)長(zhǎng)，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持，先苦后甜！

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)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(jī)器人研究考察

李教授詳細(xì)介紹了訪(fǎng)問(wèn)日本東京工業(yè)大學(xué)等5所高校機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)情況。其中，包括名古屋大學(xué)高田教授的實(shí)驗(yàn)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(gè)確定的平臺(tái)上自由流通。其廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，甚至包括對(duì)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(dòng)的、面向載體對(duì)象的研究，是我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室需要進(jìn)一步探索的方向，這將對(duì)嵌入式、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

北航機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 魏洪興教授——機(jī)器人操作系統(tǒng)及人機(jī)協(xié)作安全機(jī)器人

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

為了推動(dòng)機(jī)器人模塊化的工作，魏教授的團(tuán)隊(duì)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(guó)任副組長(zhǎng)單位，負(fù)責(zé)機(jī)器人模塊化硬件標(biāo)準(zhǔn)制訂。

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

ROS的缺點(diǎn)在于過(guò)度依賴(lài)Linux資源，實(shí)時(shí)性和可移植性較差，為此魏教授的團(tuán)隊(duì)對(duì)ROS進(jìn)行了實(shí)時(shí)化改造，研發(fā)了自己的機(jī)器人實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)——基于多核處理器的雙OS解決方案。

魏教授表示：機(jī)器人模塊化標(biāo)準(zhǔn)體系的研究與實(shí)踐是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，國(guó)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(jī)器人模塊化技術(shù)的核心平臺(tái)，在機(jī)器人領(lǐng)域采用統(tǒng)一的機(jī)器人操作系統(tǒng)將成為趨勢(shì)。

浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副院長(zhǎng) 陳文智教授——機(jī)器人嵌入式教學(xué)實(shí)踐

陳教授首先介紹了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的兩條路線(xiàn)(微處理器和SoC兩種方案)，重點(diǎn)介紹了針對(duì)新生的課程——《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論：基于機(jī)器人的實(shí)踐方法》。該課程把基本的計(jì)算機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)的概念用于機(jī)器人的設(shè)計(jì)和編程中，增加了動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人的構(gòu)造、編程和比賽等實(shí)踐和興趣環(huán)節(jié)。針對(duì)不同年級(jí)階段，利用不同的嵌入式平臺(tái)，逐步增大開(kāi)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(kāi)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(guò)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(jì)呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)可能會(huì)面臨更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

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(duì)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(huì)。我國(guó)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(guó)工業(yè)真正做些實(shí)實(shí)在在的事情。

太原理工常曉明教授認(rèn)為，工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)就是RV減速器，突破起來(lái)非常不易，與國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)甚至是國(guó)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(jī)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(gè)系統(tǒng)的收益。

原TI技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理鄭小龍真切地表達(dá)了自己的感受：中國(guó)企業(yè)現(xiàn)在追求的是大而全，而德國(guó)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(huì)代表紛紛就工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)趨勢(shì)等進(jìn)行了熱烈的討論，提出不少引人深思的問(wèn)題:

◆ 機(jī)器人的范疇如何界定？

◆ 機(jī)器人是替代人類(lèi)，還是為人類(lèi)服務(wù)?

結(jié) 語(yǔ)

德國(guó)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(lái)具有極大優(yōu)勢(shì)。工業(yè)4.0是德國(guó)政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來(lái)項(xiàng)目之一，并已上升為國(guó)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(shí)體物理系統(tǒng)。

126年前，英國(guó)人用“德國(guó)制造”的標(biāo)牌故意貶低德國(guó)商品，誰(shuí)能料到，百年后這一稱(chēng)呼竟然成為名揚(yáng)天下的質(zhì)量品牌。100多年來(lái)，德國(guó)始終堅(jiān)守立國(guó)之本，形成了特有的工業(yè)文化。

見(jiàn)賢思齊，作為世界工廠，如何由“制造大國(guó)”轉(zhuǎn)型成為“制造強(qiáng)國(guó)”是擺在我們面前亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。正如復(fù)旦大學(xué)歐洲問(wèn)題研究中心主任丁純所說(shuō)，“德國(guó)制造”在百年的起起伏伏中走到現(xiàn)在，根本上說(shuō)靠的是勇敢接受挑戰(zhàn)，在開(kāi)放的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中強(qiáng)大自己，而這也正是現(xiàn)在剛走向世界、面臨轉(zhuǎn)型的“中國(guó)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(jī)器人學(xué)將成為下個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，對(duì)工作、通信、學(xué)習(xí)與娛樂(lè)帶來(lái)沖擊，就像個(gè)人電腦過(guò)去30年來(lái)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了無(wú)限的發(fā)展空間。

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