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聞力生:服裝制造業應用智能人形機器人是大勢所趨

發布時間:2023-11-06  閱讀數:16763

聞力生:服裝制造業應用智能人形機器人是大勢所趨



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中國服裝智能制造聯盟專家組副組長

東華大學教授   聞力生



一、人形機器人的發展


眾所周知,我國機器人從1996年開始探索發展,2014年進入發展啟動期,在經過短短兩年市場啟動期后,即2016年就進入高速發展期,從2016年到現在的2023年,機器人年增長率都在10%之上,從機器人市場規模來看,2023年工業機器人市場規模達到99億美元、服務機器人市場規模達到83億美元、特種機器人市場規模達到28億美元,見圖一。


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圖一 機器人市場規模及增長率


人形機器人是一種具備人類外貌和行為特征的機器人,它可以分布在工業機器人、服務機器人和特種機器人各類別當中。全球研制人形機器人最早的是日本早稻田大學,2000年前后以日本為主體研制的ASIMO等人形機器人問世,這個時期對人形機器人的主要研究是運動控制,此早期發展階段常被稱為第一階段;第二階段是以2015年美國波士頓動力發布的Atlas等為代表的高動態運動+環境感知階段;第三階段是今年逐步展開的以大模型智能化為核心驅動的具身智能人形機器人階段,見圖二。


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圖二 人形機器人發展各個階段


人形機器人既需要極強的運動控制能力,也需要具備非常強的感知計算能力。人形機器人能適應各類現實生活場景,使得機器人能從專用轉向通用,增大規模效應降低成本。人形機器人也被視為是實現具身智能的最佳物理形態之一。人形機器人能做各種各樣的事情,見圖三。


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圖三 人形機器人做各種事情


人形機器人除了各部分柔性關節之外,主要有傳感器、伺服電機、減速器、電池系統、電驅系統和人工智能技術等構成,見圖四。


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圖四 人形機器人構成


人形機器人產業鏈由它的上下游組成,上游主要是它的零部件供應商,下游是它的應用領域,見圖五。


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圖五 人形機器人產業鏈


目前,全球人形機器人主要品牌有美國的特斯拉、波士頓,日本的本田,中國的優必選、小米,英國的Engineered Arts等等,其人形機器人名稱及發布時間和特性見圖六。


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圖六 人形機器人主要品牌


二、智能人形機器人的分類


人形機器人根據其智能程度的不同可以分為以下幾個類型:

1)無智能人形機器人:這種機器人只能執行預先編程好的固定任務,沒有自主學習和決策能力;

2)有限智能人形機器人:這種機器人具備一定的自主學習和決策能力,可以根據環境的變化做出一些簡單的判斷和反應;

3)強化學習人形機器人:這種機器人通過不斷的試錯和獎勵機制來學習,并根據學習到的知識和經驗做出決策。它們可以適應更復雜的環境和任務;

4)自主學習人形機器人:這種機器人具備高度的自主學習和認知能力,可以主動獲取和理解信息,并根據情境做出靈活的決策。它們可以適應各種復雜的任務和環境,能夠與人類進行自然的交互和對話。

從以上分類我們需要注意的是,不同類型的人形機器人在智能程度上存在明顯的差異,從無智能到自主學習,每個類型都有其特定的應用場景和技術挑戰。

在自主學習人形機器人這一類機器人中,有兩個特別值得注意的是具身智能人形機器人和通用人工智能AGI人形機器人,這是當前制造業科技的兩個制高點。我們知道具身智能和通用人工智能AGI都是人工智能領域的研究方向,它們有著不同的重點和目標。具身智能是指將智能算法賦能于機器及機器人等物理實體,讓智能體具備與物理世界進行交互學習的能力,實現具身智能需要的行為需符合物理世界的規律,利用純文本預訓練模式進行模型訓練,它的目標是讓機器及機器人可以像人類一樣感知和理解環境,并且可以適應和應對各種環境變化;通用人工智能AGI則是指具備一般人類智慧,可以執行人類智力任務的各種能力的AI總和,例如理解自然語言、機器視覺、學習能力和推理能力等。AGI的實現需要語言預訓練模型,為其賦予身體、感知與行動能力,它的目標是創造出具備人類智慧的機器及機器人,使其可以像人類一樣進行各種智能任務,甚至超越人類智能。因此可以說,通用人工智能AGI注重的是創造出具備人類智慧的機器,而具身智能則注重的是讓機器具備與物理世界進行交互學習的能力。這兩個方向都有各自的研究重點與挑戰,它們的共同目標都是為了實現更加智能、更加自主的機器及機器人的能力。

具身智能與通用人工智能AGI技術和人形機器人之間可以是但不一定是載體關系,它們之間是相互依存和相互促進的關系。人形機器人的發展需要具身智能與通用人工智能AGI技術的支持,而具身智能與通用人工智能AGI也需要人形機器人這樣的載體來實現其更加智能、更加靈活、更加自主的能力,從而在未來的工業制造業、服務業等領域發揮更大的作用。

三、未來AGI將助力服裝智能制造


根據聯合國《世界人口展望》,世界人口數量在2022年11月達到80億,2086年將達到頂峰104億,而世界人口增速以每30年將減少50%的速度急劇下滑,其中具有勞動能力的65歲以下人口在2022-2050年的復合增速只為0.4%。這預示著全球老齡化時代的來臨,隨著人口老齡化進程、人工成本持續攀升、生育率降低等現實問題日益嚴峻,將來“人”從哪里來成了最大問題。

人口老齡化疊加用工成本增加,倒逼制造業用機器人替代人工。

2012年底,浙江省率先提出“四換工程”( 機器換人、騰籠換鳥、空間換地、電商換市),其中以“機器換人”工程為首,提出“四換工程”的意義在于:首先,人口紅利時代已過, 只有機器換人才能解決制造業招工難、用工難的問題;其次,“機器換人”中的“機器”必須自動化、智能化,以智能機器人換人為最好;再次,若以智能機器人換人,這將成為制造業生產高效、高質、高滿意度的企業運行新常態。

2015年我國勞動人口數量達到7.81億人的最高點,然后便開始逐年呈現下降趨勢。同時,人口老齡化程度在不斷提高,60歲及以上人口占比從2011年的13.7%持續提升至2021年的18.9%,而我國制造業在用工成本方面也在逐年提高,制造業員工2013年的平均工資為4.29萬元/年,到2022年持續增長到8.69萬元/年,見圖七。正因為如此,機器人特別是智能機器人替人是十分必要的,這是大勢所趨。

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圖七 老齡人口占比與制造業員工平均工資

不同智能機器人在服裝制造業替人做什么呢?不同智能機器人在服裝制造工廠及車間替人的服務形式有以下幾種:替代人對服裝產品的原輔料、加工半制品等進行提取、搬運、輸送服務;代替人操作服裝加工設備,解放員工的勞動力;以“人-智能機器人-智能機器”三位一體組成模塊式工位、產線車間、工廠運維,解放員工的體力與腦力勞動。自“中國制造2025”以來,我國服裝制造業為了實踐服裝智能制造工廠,也在工廠車間不斷地采用機器人代替人作業,不過過去我們用的機器人大多數是多臂機器人,例如:圖八是用六軸機器人和縫制機械所組成的服裝零部件加工無人工作站,機器人負責抓取傳送衣片,并與縫制機械協同加工。當然,也可以采用3D機器人縫紉機對服裝零部件進行直接縫制,不過此時多臂機器人終端縫紉機所走的軌跡是空間縫制軌跡,見圖九。


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圖八 服裝零部件加工無人工作站

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圖九 3D機器人縫紉機的空間縫制

從以上可見,各種形式的多臂機器人確實能夠在服裝制造業中替代員工進行生產,但是要它直接替代一個縫紉機員工直接操作縫制還是有很多困難,有些人工縫制的動作是它完成不了的,例如在縫制吊掛線下操作縫紉機進行的衣服零部件加工,要進行很多縫制輔助工序,需要具有一定腦力和勞力知識的員工才能完成,使用多臂機器人很難做到。但是,具有靈巧手的自適應、自決策、自行動的人形機器人將來就可以做到,這樣的人形機器人可解放員工的腦力和勞動力。


而今,在我們先進的服裝制造業已經開始應用人形機器人替代人工,例如:服裝用輔料的存放、提取、輸送等(見圖十),衣片的抓起、折疊、攤鋪、擺放等(見圖十一)。


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圖十 輔料的存放提取輸送作業


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圖十一 衣片的抓起折疊攤鋪擺放作業


從這些人形機器人的作業情況來看,它們的智能程度也只是具身智能人形機器人的一種形式。因為具身智能人形機器人可以被設計和編程用來執行復雜性、重復性、繁重或危險的任務,從而減少員工的工作負擔和潛在的傷害風險。它們可以精確執行精密的操作,提高生產效率和產品質量,并且在需要時可以不停產地連續工作。如果以上一些工作讓通用人工智能人形機器人去做,當然不在話下,只是這樣就顯得浪費機器人人材,因為通用人工智能人形機器人它具備更高級的智能能力,可以通過自主學習和推理來適應不同的生產需求和環境變化,進行更復雜的決策和問題解決,經與其他設備和系統的互聯,實現制造業的全自動化生產。


總之,具身智能人形機器人和通用人工智能人形機器人在未來可以替代制造業員工,但它們并不能完全取代人類員工的所有工作,因為人類員工在許多領域仍然具有獨特的優勢,比如創造力、靈活性、復雜問題的解決能力、洞察力和與其他人的協作能力等。


也因為人形機器人全面替代制造業員工是一個十分復雜的問題,它涉及到多個層面的因素。目前至少有以下一些層面的因素需要考慮:


技術層面----①要研究發展更強大的人工智能技術;②要提高人形機器人的感知和運動能力,以適應各種制造任務的作業;③要開發具備自主性更強、靈活性更強的人形機器人系統。


社會層面----①需要制定適當的法律和政策,以管理和監管人形機器人的使用和影響;②要推動就業和教育體系的變革,幫助人們適應和應對人形機器人替代人工的挑戰。


倫理層面-----①因為人形機器人的替代和應用涉及到人機關系、隱私保護、責任分配等一系列倫理問題,需要處理好倫理和道德問題等等。


四、結語


復旦大學教授蔣昌建曾經和他復制的機器人蔣昌建進行對話,機器人蔣昌建頗有情感地和真人蔣昌建進行了對話交談。最后,真人蔣昌建說:“希望你代替我永遠活下去!”他們以深情地擁抱說再見,見圖十二。


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圖十二 真人蔣昌建與機器人蔣昌建對話

這清楚地告訴人們,替代蔣昌建教授的智慧人形機器人蔣昌建一定會永遠活下去。因此,我們有理由說服裝吊掛線下的縫制車間,那排排坐的縫制員工一定會被排排坐的智能人形機器人所替代,直到永遠!見圖十三。


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圖十三 智能人形機器人替代制造業員工

2023年11月稿于上海

文章來源:中國服裝協會



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