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闻力生:服装制造业应用智能人形机器人是大势所趋

2023-11-06 12:32

作者:闻力生

来源:中国服装协会

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中国服装智能制造联盟专家组副组长

东华大学教授   闻力生


  一、人形机器人的发展

  众所周知,我国机器人从1996年开始探索发展,2014年进入发展启动期,在经过短短两年市场启动期后,即2016年就进入高速发展期,从2016年到现在的2023年,机器人年增长率都在10%之上,从机器人市场规模来看,2023年工业机器人市场规模达到99亿美元、服务机器人市场规模达到83亿美元、特种机器人市场规模达到28亿美元,见图一。


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图一 机器人市场规模及增长率

  人形机器人是一种具备人类外貌和行为特征的机器人,它可以分布在工业机器人、服务机器人和特种机器人各类别当中。全球研制人形机器人最早的是日本早稻田大学,2000年前后以日本为主体研制的ASIMO等人形机器人问世,这个时期对人形机器人的主要研究是运动控制,此早期发展阶段常被称为第一阶段;第二阶段是以2015年美国波士顿动力发布的Atlas等为代表的高动态运动+环境感知阶段;第三阶段是今年逐步展开的以大模型智能化为核心驱动的具身智能人形机器人阶段,见图二。

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图二 人形机器人发展各个阶段

  人形机器人既需要极强的运动控制能力,也需要具备非常强的感知计算能力。人形机器人能适应各类现实生活场景,使得机器人能从专用转向通用,增大规模效应降低成本。人形机器人也被视为是实现具身智能的最佳物理形态之一。人形机器人能做各种各样的事情,见图三。

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图三 人形机器人做各种事情

  人形机器人除了各部分柔性关节之外,主要有传感器、伺服电机、减速器、电池系统、电驱系统和人工智能技术等构成,见图四。

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图四 人形机器人构成

  人形机器人产业链由它的上下游组成,上游主要是它的零部件供应商,下游是它的应用领域,见图五。

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图五 人形机器人产业链

  目前,全球人形机器人主要品牌有美国的特斯拉、波士顿,日本的本田,中国的优必选、小米,英国的Engineered Arts等等,其人形机器人名称及发布时间和特性见图六。

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图六 人形机器人主要品牌

  二、智能人形机器人的分类

  人形机器人根据其智能程度的不同可以分为以下几个类型:

  1)无智能人形机器人:这种机器人只能执行预先编程好的固定任务,没有自主学习和决策能力;

  2)有限智能人形机器人:这种机器人具备一定的自主学习和决策能力,可以根据环境的变化做出一些简单的判断和反应;

  3)强化学习人形机器人:这种机器人通过不断的试错和奖励机制来学习,并根据学习到的知识和经验做出决策。它们可以适应更复杂的环境和任务;

  4)自主学习人形机器人:这种机器人具备高度的自主学习和认知能力,可以主动获取和理解信息,并根据情境做出灵活的决策。它们可以适应各种复杂的任务和环境,能够与人类进行自然的交互和对话。

  从以上分类我们需要注意的是,不同类型的人形机器人在智能程度上存在明显的差异,从无智能到自主学习,每个类型都有其特定的应用场景和技术挑战。

  在自主学习人形机器人这一类机器人中,有两个特别值得注意的是具身智能人形机器人和通用人工智能AGI人形机器人,这是当前制造业科技的两个制高点。我们知道具身智能和通用人工智能AGI都是人工智能领域的研究方向,它们有着不同的重点和目标。具身智能是指将智能算法赋能于机器及机器人等物理实体,让智能体具备与物理世界进行交互学习的能力,实现具身智能需要的行为需符合物理世界的规律,利用纯文本预训练模式进行模型训练,它的目标是让机器及机器人可以像人类一样感知和理解环境,并且可以适应和应对各种环境变化;通用人工智能AGI则是指具备一般人类智慧,可以执行人类智力任务的各种能力的AI总和,例如理解自然语言、机器视觉、学习能力和推理能力等。AGI的实现需要语言预训练模型,为其赋予身体、感知与行动能力,它的目标是创造出具备人类智慧的机器及机器人,使其可以像人类一样进行各种智能任务,甚至超越人类智能。因此可以说,通用人工智能AGI注重的是创造出具备人类智慧的机器,而具身智能则注重的是让机器具备与物理世界进行交互学习的能力。这两个方向都有各自的研究重点与挑战,它们的共同目标都是为了实现更加智能、更加自主的机器及机器人的能力。

  具身智能与通用人工智能AGI技术和人形机器人之间可以是但不一定是载体关系,它们之间是相互依存和相互促进的关系。人形机器人的发展需要具身智能与通用人工智能AGI技术的支持,而具身智能与通用人工智能AGI也需要人形机器人这样的载体来实现其更加智能、更加灵活、更加自主的能力,从而在未来的工业制造业、服务业等领域发挥更大的作用。

  三、未来AGI将助力服装智能制造

  根据联合国《世界人口展望》,世界人口数量在2022年11月达到80亿,2086年将达到顶峰104亿,而世界人口增速以每30年将减少50%的速度急剧下滑,其中具有劳动能力的65岁以下人口在2022-2050年的复合增速只为0.4%。这预示着全球老龄化时代的来临,随着人口老龄化进程、人工成本持续攀升、生育率降低等现实问题日益严峻,将来“人”从哪里来成了最大问题。

  人口老龄化叠加用工成本增加,倒逼制造业用机器人替代人工。

  2012年底,浙江省率先提出“四换工程”( 机器换人、腾笼换鸟、空间换地、电商换市),其中以“机器换人”工程为首,提出“四换工程”的意义在于:首先,人口红利时代已过, 只有机器换人才能解决制造业招工难、用工难的问题;其次,“机器换人”中的“机器”必须自动化、智能化,以智能机器人换人为最好;再次,若以智能机器人换人,这将成为制造业生产高效、高质、高满意度的企业运行新常态。

  2015年我国劳动人口数量达到7.81亿人的最高点,然后便开始逐年呈现下降趋势。同时,人口老龄化程度在不断提高,60岁及以上人口占比从2011年的13.7%持续提升至2021年的18.9%,而我国制造业在用工成本方面也在逐年提高,制造业员工2013年的平均工资为4.29万元/年,到2022年持续增长到8.69万元/年,见图七。正因为如此,机器人特别是智能机器人替人是十分必要的,这是大势所趋。


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图七 老龄人口占比与制造业员工平均工资

  不同智能机器人在服装制造业替人做什么呢?不同智能机器人在服装制造工厂及车间替人的服务形式有以下几种:替代人对服装产品的原辅料、加工半制品等进行提取、搬运、输送服务;代替人操作服装加工设备,解放员工的劳动力;以“人-智能机器人-智能机器”三位一体组成模块式工位、产线车间、工厂运维,解放员工的体力与脑力劳动。自“中国制造2025”以来,我国服装制造业为了实践服装智能制造工厂,也在工厂车间不断地采用机器人代替人作业,不过过去我们用的机器人大多数是多臂机器人,例如:图八是用六轴机器人和缝制机械所组成的服装零部件加工无人工作站,机器人负责抓取传送衣片,并与缝制机械协同加工。当然,也可以采用3D机器人缝纫机对服装零部件进行直接缝制,不过此时多臂机器人终端缝纫机所走的轨迹是空间缝制轨迹,见图九。

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图八 服装零部件加工无人工作站


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图九 3D机器人缝纫机的空间缝制

  从以上可见,各种形式的多臂机器人确实能够在服装制造业中替代员工进行生产,但是要它直接替代一个缝纫机员工直接操作缝制还是有很多困难,有些人工缝制的动作是它完成不了的,例如在缝制吊挂线下操作缝纫机进行的衣服零部件加工,要进行很多缝制辅助工序,需要具有一定脑力和劳力知识的员工才能完成,使用多臂机器人很难做到。但是,具有灵巧手的自适应、自决策、自行动的人形机器人将来就可以做到,这样的人形机器人可解放员工的脑力和劳动力。

  而今,在我们先进的服装制造业已经开始应用人形机器人替代人工,例如:服装用辅料的存放、提取、输送等(见图十),衣片的抓起、折叠、摊铺、摆放等(见图十一)。

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图十 辅料的存放提取输送作业

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图十一 衣片的抓起折叠摊铺摆放作业

  从这些人形机器人的作业情况来看,它们的智能程度也只是具身智能人形机器人的一种形式。因为具身智能人形机器人可以被设计和编程用来执行复杂性、重复性、繁重或危险的任务,从而减少员工的工作负担和潜在的伤害风险。它们可以精确执行精密的操作,提高生产效率和产品质量,并且在需要时可以不停产地连续工作。如果以上一些工作让通用人工智能人形机器人去做,当然不在话下,只是这样就显得浪费机器人人材,因为通用人工智能人形机器人它具备更高级的智能能力,可以通过自主学习和推理来适应不同的生产需求和环境变化,进行更复杂的决策和问题解决,经与其他设备和系统的互联,实现制造业的全自动化生产。

  总之,具身智能人形机器人和通用人工智能人形机器人在未来可以替代制造业员工,但它们并不能完全取代人类员工的所有工作,因为人类员工在许多领域仍然具有独特的优势,比如创造力、灵活性、复杂问题的解决能力、洞察力和与其他人的协作能力等。

  也因为人形机器人全面替代制造业员工是一个十分复杂的问题,它涉及到多个层面的因素。目前至少有以下一些层面的因素需要考虑:

  技术层面----①要研究发展更强大的人工智能技术;②要提高人形机器人的感知和运动能力,以适应各种制造任务的作业;③要开发具备自主性更强、灵活性更强的人形机器人系统。

  社会层面----①需要制定适当的法律和政策,以管理和监管人形机器人的使用和影响;②要推动就业和教育体系的变革,帮助人们适应和应对人形机器人替代人工的挑战。

  伦理层面-----①因为人形机器人的替代和应用涉及到人机关系、隐私保护、责任分配等一系列伦理问题,需要处理好伦理和道德问题等等。

  四、结语

  复旦大学教授蒋昌建曾经和他复制的机器人蒋昌建进行对话,机器人蒋昌建颇有情感地和真人蒋昌建进行了对话交谈。最后,真人蒋昌建说:“希望你代替我永远活下去!”他们以深情地拥抱说再见,见图十二。

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图十二 真人蒋昌建与机器人蒋昌建对话

  这清楚地告诉人们,替代蒋昌建教授的智慧人形机器人蒋昌建一定会永远活下去。因此,我们有理由说服装吊挂线下的缝制车间,那排排坐的缝制员工一定会被排排坐的智能人形机器人所替代,直到永远!见图十三。

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图十三 智能人形机器人替代制造业员工


2023年11月稿于上海

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