展望工业4.0 聚焦机器人—嵌入式系统联谊会第15次主题讨论会在京召开

本刊记者 芦潇静



展望工业4.0 聚焦机器人—嵌入式系统联谊会第15次主题讨论会在京召开

本刊记者 芦潇静

所谓工业4.0，是基于工业发展的不同阶段作出的划分。工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代。这个概念由德国提出，其核心目标是提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。

嵌入式和物联网技术在工业4.0战略中具有举足轻重的地位。在德国联邦教育研究部工业4.0工作组题为“实施工业4.0 攻略的建议”的报告中提到：“功能强大的、自主的微型计算机(嵌入式系统)正越来越多地相互间或与互联网以无线方式互联。这正在导致引起实体物理世界与虚拟网络世界(cyberspace)以虚拟网络-实体物理系统(CPS)的方式相融合。”

近日，嵌入式系统联谊会第15次主题讨论会如期而至，会议主题是研讨工业4.0与嵌入式系统、聚焦机器人技术和产业发展。本次会议邀请到多位机器人、物联网和计算机领域的著名专家学者做精彩报告，由嵌入式系统联谊会发起人何小庆主持会议，吸引了来自高校、科研、企业和科技媒体的各界代表参与了交流和讨论。

天津大学电子信息工程学院院长，长江学者 马建国教授——工业4.0与嵌入式系统

未来，物联网的规模将是互联网规模的30倍，IT规模的300倍！当这样一个世界到来时，将会出现更多像阿里巴巴这样的巨型企业。

物联网的发展离不开两个核心科技：一是嵌入式的智能系统，并非传统意义上的嵌入式系统，而是要求智能化；二是极低功耗的智能化无线系统。如果不具备这些条件，工业4.0也就无从谈起。那什么是真正的智能呢？比如，任何时间，车与车、车与路之间都能实时交互，这就构成了物联网在整个智慧交通中的应用。随着老龄化问题日益严峻，医疗健康将是物联网的一个重要应用领域。

简而言之，工业4.0的核心是基于物联网的整合服务：物联网=嵌入式智能系统+网络；工业4.0=物联网+制造。而这一切的关键就在于——让制造流程会说话！

北航机器人研究所所长，长江学者 王田苗教授——机器人前沿技术与产业机遇

机器人的发展已有40年的历史，之所以最近得到广泛关注，除了激烈的市场竞争之外，还有个重要因素就是技术的推动，尤其是电子信息和嵌入式技术的推动！遗憾的是，机器人本身发展缓慢，不过近年来柔性机器人取得一定突破。

第三次科技浪潮涵盖:移动互联网与大数据，医疗健康与物联网、新能源与智能交通，机器人与智能制造。这些领域和技术的深度融合，将会使产业重新分工，从而使制造的生产模式和制造手段发生巨大变化。2013年3月的麦肯锡报告显示，物联网与大数据、机器人、智能交通、3D打印涵盖了引领全球变革的12项颠覆性技术中的9项。

目前，在制造业中，工业机器人占比仅为0.58%，总保有量约160万台。如火如荼的制造业革命将为机器人带来巨大市场。未来，数字化设计、机器人、3D打印是制造业智能化发展的重要方向。其中，智能机器技术和产业将影响全球制造业格局。

除此之外，服务机器人产业正在形成并高速发展，本体、感知、控制等智能技术嵌入、融合相关行业，分散发展，如信息家电、娱乐教育、智能交通、外科手术、危险作业等。

就我国机器人产业而言，减速器是急待攻克的核心零部件，但尚须时间才能有所突破。对于机器人的发展思路，未必围绕仿真，重在应用，尤其要关注低端行业的应用。王教授反复强调：机器人产业战线长，需要长期坚持，先苦后甜！

湖南大学计算机与通信学院 李智勇教授——日本东京工业大学等5所大学机器人研究考察

李教授详细介绍了访问日本东京工业大学等5所高校机器人实验室的详细情况。其中，包括名古屋大学高田教授的实验室。作为日本嵌入式第一人，高田教授牵头研发的Toppers操作系统可谓是嵌入式领域的Linux,能够让各种嵌入式应用程序以及中间件在一个确定的平台上自由流通。其广泛应用在各行各业，甚至包括对可靠性要求极高的航天领域。

李教授最大的感触是，以产业应用驱动的、面向载体对象的研究，是我国高校实验室需要进一步探索的方向，这将对嵌入式、机器人产业的发展具有非常重要的意义。

北航机械工程与自动化学院 魏洪兴教授——机器人操作系统及人机协作安全机器人

传统机器人采用系统的集成设计方法，产品开发周期长，技术研发低水平重复，阻碍了机器人产业的发展；而新型机器人则是采用基于模块化的机器人开发方法。与传统工业机器人相比，新型与人协作的轻型工业机器人将成为未来发展方向之一。

为了推动机器人模块化的工作，魏教授的团队做了很多努力。终于，工作组WG10：Modularity for service robots在今年6月正式成立,我国任副组长单位，负责机器人模块化硬件标准制订。

机器人模块化的关键技术在于机器人操作系统。其中，开源的ROS(Robot Operating System)颇具代表性。目前，大概95%的服务机器人基于ROS进行开发，80%的工业机器人也开始采用ROS进行一些辅助的开发。

ROS的缺点在于过度依赖Linux资源，实时性和可移植性较差，为此魏教授的团队对ROS进行了实时化改造，研发了自己的机器人实时操作系统平台——基于多核处理器的双OS解决方案。

魏教授表示：机器人模块化标准体系的研究与实践是一个长期的过程，国际标准研究刚刚起步，需要给予更多的关注与支持。而作为机器人模块化技术的核心平台，在机器人领域采用统一的机器人操作系统将成为趋势。

浙江大学计算机学院副院长 陈文智教授——机器人嵌入式教学实践

陈教授首先介绍了嵌入式系统教学的两条路线(微处理器和SoC两种方案)，重点介绍了针对新生的课程——《计算机科学导论：基于机器人的实践方法》。该课程把基本的计算机原理和程序设计的概念用于机器人的设计和编程中，增加了动手实验、机器人的构造、编程和比赛等实践和兴趣环节。针对不同年级阶段，利用不同的嵌入式平台，逐步增大开发难度，由浅入深地引导学生学习嵌入式系统硬件开发及系统编程。

此外，陈教授分享了关于柔性电子系统技术和应用的最新理解。他认为，人与信息的融合是有深度的。例如，利用可印刷的柔性器件，各种智能系统可以被大规模地部署到环境中，并自然地融入其中；通过柔性器件也可以给物体赋予生命，使终端设备突破现有的形态和功能。柔性电子产业预计呈指数形式增长，而传统电子产业可能会面临更为激烈的竞争。

自由讨论

北京工业大学软件学院严海蓉副教授先做了引导发言，分享了其团队在工业物联网应用——新型PLC 研发和应用的心得体会。我国很多工厂智能化程度十分低下，严老师积极呼吁大家为中国工业真正做些实实在在的事情。

太原理工常晓明教授认为，工业机器人的关键技术就是RV减速器，突破起来非常不易，与国家的工业基础甚至是国家文化都有关系。

飞思卡尔研究中心杨欣欣博士谈到，虽然目前工业机器人数量很少，但半导体企业是着眼于物联网和智能工业的全面布局，看的是整个系统的收益。

原TI技术营销经理郑小龙真切地表达了自己的感受：中国企业现在追求的是大而全，而德国企业则是追求小而精，这种工业文化的影响是极其深远的。

与会代表纷纷就工业4.0、物联网和机器人的技术发展、市场趋势等进行了热烈的讨论，提出不少引人深思的问题:

◆ 机器人的范畴如何界定？

◆ 机器人是替代人类，还是为人类服务?

结 语

德国在应用信息技术领域(如嵌入式系统、应用软件等)向来具有极大优势。工业4.0是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。工业4.0具体是指，在制造领域，将资源、信息、物品和人相互关联的虚拟网络-实体物理系统。

126年前，英国人用“德国制造”的标牌故意贬低德国商品，谁能料到，百年后这一称呼竟然成为名扬天下的质量品牌。100多年来，德国始终坚守立国之本，形成了特有的工业文化。

见贤思齐，作为世界工厂，如何由“制造大国”转型成为“制造强国”是摆在我们面前亟待解决的现实问题。正如复旦大学欧洲问题研究中心主任丁纯所说，“德国制造”在百年的起起伏伏中走到现在，根本上说靠的是勇敢接受挑战，在开放的竞争环境中强大自己，而这也正是现在刚走向世界、面临转型的“中国制造”所应学习的。

早在2007年2月，微软创办人比尔盖茨就在《科学人》杂志预言：“机器人学将成为下个热门领域，对工作、通信、学习与娱乐带来冲击，就像个人电脑过去30年来的影响一样。”工业4.0——所谓的第四次工业革命，不仅将引领全球工业的发展，而且也为机器人产业带来了无限的发展空间。

目前，我国制造业中对工业机器人的利用十分有限，而生活中服务型机器人也尚未得到广泛应用。随着我国人口老龄化问题、工厂工人供需问题日益严峻，对工业机器人以及服务型机器人的需求会急速增长。希望我们能抓住这一次机遇，加快我国制造业升级和机器人产业发展的步伐。