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聞力生:服裝制造業(yè)應(yīng)用智能人形機(jī)器人是大勢(shì)所趨

發(fā)布時(shí)間:2023-11-06  閱讀數(shù):16778

聞力生:服裝制造業(yè)應(yīng)用智能人形機(jī)器人是大勢(shì)所趨



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中國(guó)服裝智能制造聯(lián)盟專(zhuān)家組副組長(zhǎng)

東華大學(xué)教授   聞力生



一、人形機(jī)器人的發(fā)展


眾所周知,我國(guó)機(jī)器人從1996年開(kāi)始探索發(fā)展,2014年進(jìn)入發(fā)展啟動(dòng)期,在經(jīng)過(guò)短短兩年市場(chǎng)啟動(dòng)期后,即2016年就進(jìn)入高速發(fā)展期,從2016年到現(xiàn)在的2023年,機(jī)器人年增長(zhǎng)率都在10%之上,從機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看,2023年工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到99億美元、服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到83億美元、特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到28億美元,見(jiàn)圖一。


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圖一 機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)率


人形機(jī)器人是一種具備人類(lèi)外貌和行為特征的機(jī)器人,它可以分布在工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人各類(lèi)別當(dāng)中。全球研制人形機(jī)器人最早的是日本早稻田大學(xué),2000年前后以日本為主體研制的ASIMO等人形機(jī)器人問(wèn)世,這個(gè)時(shí)期對(duì)人形機(jī)器人的主要研究是運(yùn)動(dòng)控制,此早期發(fā)展階段常被稱(chēng)為第一階段;第二階段是以2015年美國(guó)波士頓動(dòng)力發(fā)布的Atlas等為代表的高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)+環(huán)境感知階段;第三階段是今年逐步展開(kāi)的以大模型智能化為核心驅(qū)動(dòng)的具身智能人形機(jī)器人階段,見(jiàn)圖二。


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圖二 人形機(jī)器人發(fā)展各個(gè)階段


人形機(jī)器人既需要極強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制能力,也需要具備非常強(qiáng)的感知計(jì)算能力。人形機(jī)器人能適應(yīng)各類(lèi)現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景,使得機(jī)器人能從專(zhuān)用轉(zhuǎn)向通用,增大規(guī)模效應(yīng)降低成本。人形機(jī)器人也被視為是實(shí)現(xiàn)具身智能的最佳物理形態(tài)之一。人形機(jī)器人能做各種各樣的事情,見(jiàn)圖三。


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圖三 人形機(jī)器人做各種事情


人形機(jī)器人除了各部分柔性關(guān)節(jié)之外,主要有傳感器、伺服電機(jī)、減速器、電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)和人工智能技術(shù)等構(gòu)成,見(jiàn)圖四。


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圖四 人形機(jī)器人構(gòu)成


人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈由它的上下游組成,上游主要是它的零部件供應(yīng)商,下游是它的應(yīng)用領(lǐng)域,見(jiàn)圖五。


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圖五 人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈


目前,全球人形機(jī)器人主要品牌有美國(guó)的特斯拉、波士頓,日本的本田,中國(guó)的優(yōu)必選、小米,英國(guó)的Engineered Arts等等,其人形機(jī)器人名稱(chēng)及發(fā)布時(shí)間和特性見(jiàn)圖六。


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圖六 人形機(jī)器人主要品牌


二、智能人形機(jī)器人的分類(lèi)


人形機(jī)器人根據(jù)其智能程度的不同可以分為以下幾個(gè)類(lèi)型:

1)無(wú)智能人形機(jī)器人:這種機(jī)器人只能執(zhí)行預(yù)先編程好的固定任務(wù),沒(méi)有自主學(xué)習(xí)和決策能力;

2)有限智能人形機(jī)器人:這種機(jī)器人具備一定的自主學(xué)習(xí)和決策能力,可以根據(jù)環(huán)境的變化做出一些簡(jiǎn)單的判斷和反應(yīng);

3)強(qiáng)化學(xué)習(xí)人形機(jī)器人:這種機(jī)器人通過(guò)不斷的試錯(cuò)和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制來(lái)學(xué)習(xí),并根據(jù)學(xué)習(xí)到的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)做出決策。它們可以適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù);

4)自主學(xué)習(xí)人形機(jī)器人:這種機(jī)器人具備高度的自主學(xué)習(xí)和認(rèn)知能力,可以主動(dòng)獲取和理解信息,并根據(jù)情境做出靈活的決策。它們可以適應(yīng)各種復(fù)雜的任務(wù)和環(huán)境,能夠與人類(lèi)進(jìn)行自然的交互和對(duì)話。

從以上分類(lèi)我們需要注意的是,不同類(lèi)型的人形機(jī)器人在智能程度上存在明顯的差異,從無(wú)智能到自主學(xué)習(xí),每個(gè)類(lèi)型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)挑戰(zhàn)。

在自主學(xué)習(xí)人形機(jī)器人這一類(lèi)機(jī)器人中,有兩個(gè)特別值得注意的是具身智能人形機(jī)器人和通用人工智能AGI人形機(jī)器人,這是當(dāng)前制造業(yè)科技的兩個(gè)制高點(diǎn)。我們知道具身智能和通用人工智能AGI都是人工智能領(lǐng)域的研究方向,它們有著不同的重點(diǎn)和目標(biāo)。具身智能是指將智能算法賦能于機(jī)器及機(jī)器人等物理實(shí)體,讓智能體具備與物理世界進(jìn)行交互學(xué)習(xí)的能力,實(shí)現(xiàn)具身智能需要的行為需符合物理世界的規(guī)律,利用純文本預(yù)訓(xùn)練模式進(jìn)行模型訓(xùn)練,它的目標(biāo)是讓機(jī)器及機(jī)器人可以像人類(lèi)一樣感知和理解環(huán)境,并且可以適應(yīng)和應(yīng)對(duì)各種環(huán)境變化;通用人工智能AGI則是指具備一般人類(lèi)智慧,可以執(zhí)行人類(lèi)智力任務(wù)的各種能力的AI總和,例如理解自然語(yǔ)言、機(jī)器視覺(jué)、學(xué)習(xí)能力和推理能力等。AGI的實(shí)現(xiàn)需要語(yǔ)言預(yù)訓(xùn)練模型,為其賦予身體、感知與行動(dòng)能力,它的目標(biāo)是創(chuàng)造出具備人類(lèi)智慧的機(jī)器及機(jī)器人,使其可以像人類(lèi)一樣進(jìn)行各種智能任務(wù),甚至超越人類(lèi)智能。因此可以說(shuō),通用人工智能AGI注重的是創(chuàng)造出具備人類(lèi)智慧的機(jī)器,而具身智能則注重的是讓機(jī)器具備與物理世界進(jìn)行交互學(xué)習(xí)的能力。這兩個(gè)方向都有各自的研究重點(diǎn)與挑戰(zhàn),它們的共同目標(biāo)都是為了實(shí)現(xiàn)更加智能、更加自主的機(jī)器及機(jī)器人的能力。

具身智能與通用人工智能AGI技術(shù)和人形機(jī)器人之間可以是但不一定是載體關(guān)系,它們之間是相互依存和相互促進(jìn)的關(guān)系。人形機(jī)器人的發(fā)展需要具身智能與通用人工智能AGI技術(shù)的支持,而具身智能與通用人工智能AGI也需要人形機(jī)器人這樣的載體來(lái)實(shí)現(xiàn)其更加智能、更加靈活、更加自主的能力,從而在未來(lái)的工業(yè)制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

三、未來(lái)AGI將助力服裝智能制造


根據(jù)聯(lián)合國(guó)《世界人口展望》,世界人口數(shù)量在2022年11月達(dá)到80億,2086年將達(dá)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(dòng)能力的65歲以下人口在2022-2050年的復(fù)合增速只為0.4%。這預(yù)示著全球老齡化時(shí)代的來(lái)臨,隨著人口老齡化進(jìn)程、人工成本持續(xù)攀升、生育率降低等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題日益嚴(yán)峻,將來(lái)“人”從哪里來(lái)成了最大問(wèn)題。

人口老齡化疊加用工成本增加,倒逼制造業(yè)用機(jī)器人替代人工。

2012年底,浙江省率先提出“四換工程”( 機(jī)器換人、騰籠換鳥(niǎo)、空間換地、電商換市),其中以“機(jī)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(shí)代已過(guò), 只有機(jī)器換人才能解決制造業(yè)招工難、用工難的問(wèn)題;其次,“機(jī)器換人”中的“機(jī)器”必須自動(dòng)化、智能化,以智能機(jī)器人換人為最好;再次,若以智能機(jī)器人換人,這將成為制造業(yè)生產(chǎn)高效、高質(zhì)、高滿意度的企業(yè)運(yùn)行新常態(tài)。

2015年我國(guó)勞動(dòng)人口數(shù)量達(dá)到7.81億人的最高點(diǎn),然后便開(kāi)始逐年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí),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(xù)提升至2021年的18.9%,而我國(guó)制造業(yè)在用工成本方面也在逐年提高,制造業(yè)員工2013年的平均工資為4.29萬(wàn)元/年,到2022年持續(xù)增長(zhǎng)到8.69萬(wàn)元/年,見(jiàn)圖七。正因?yàn)槿绱耍瑱C(jī)器人特別是智能機(jī)器人替人是十分必要的,這是大勢(shì)所趨。

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圖七 老齡人口占比與制造業(yè)員工平均工資

不同智能機(jī)器人在服裝制造業(yè)替人做什么呢?不同智能機(jī)器人在服裝制造工廠及車(chē)間替人的服務(wù)形式有以下幾種:替代人對(duì)服裝產(chǎn)品的原輔料、加工半制品等進(jìn)行提取、搬運(yùn)、輸送服務(wù);代替人操作服裝加工設(shè)備,解放員工的勞動(dòng)力;以“人-智能機(jī)器人-智能機(jī)器”三位一體組成模塊式工位、產(chǎn)線車(chē)間、工廠運(yùn)維,解放員工的體力與腦力勞動(dòng)。自“中國(guó)制造2025”以來(lái),我國(guó)服裝制造業(yè)為了實(shí)踐服裝智能制造工廠,也在工廠車(chē)間不斷地采用機(jī)器人代替人作業(yè),不過(guò)過(guò)去我們用的機(jī)器人大多數(shù)是多臂機(jī)器人,例如:圖八是用六軸機(jī)器人和縫制機(jī)械所組成的服裝零部件加工無(wú)人工作站,機(jī)器人負(fù)責(zé)抓取傳送衣片,并與縫制機(jī)械協(xié)同加工。當(dāng)然,也可以采用3D機(jī)器人縫紉機(jī)對(duì)服裝零部件進(jìn)行直接縫制,不過(guò)此時(shí)多臂機(jī)器人終端縫紉機(jī)所走的軌跡是空間縫制軌跡,見(jiàn)圖九。


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圖八 服裝零部件加工無(wú)人工作站

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圖九 3D機(jī)器人縫紉機(jī)的空間縫制

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


而今,在我們先進(jìn)的服裝制造業(yè)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用人形機(jī)器人替代人工,例如:服裝用輔料的存放、提取、輸送等(見(jiàn)圖十),衣片的抓起、折疊、攤鋪、擺放等(見(jiàn)圖十一)。


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圖十 輔料的存放提取輸送作業(yè)


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圖十一 衣片的抓起折疊攤鋪擺放作業(yè)


從這些人形機(jī)器人的作業(yè)情況來(lái)看,它們的智能程度也只是具身智能人形機(jī)器人的一種形式。因?yàn)榫呱碇悄苋诵螜C(jī)器人可以被設(shè)計(jì)和編程用來(lái)執(zhí)行復(fù)雜性、重復(fù)性、繁重或危險(xiǎn)的任務(wù),從而減少員工的工作負(fù)擔(dān)和潛在的傷害風(fēng)險(xiǎn)。它們可以精確執(zhí)行精密的操作,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,并且在需要時(shí)可以不停產(chǎn)地連續(xù)工作。如果以上一些工作讓通用人工智能人形機(jī)器人去做,當(dāng)然不在話下,只是這樣就顯得浪費(fèi)機(jī)器人人材,因?yàn)橥ㄓ萌斯ぶ悄苋诵螜C(jī)器人它具備更高級(jí)的智能能力,可以通過(guò)自主學(xué)習(xí)和推理來(lái)適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求和環(huán)境變化,進(jìn)行更復(fù)雜的決策和問(wèn)題解決,經(jīng)與其他設(shè)備和系統(tǒng)的互聯(lián),實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的全自動(dòng)化生產(chǎn)。


總之,具身智能人形機(jī)器人和通用人工智能人形機(jī)器人在未來(lái)可以替代制造業(yè)員工,但它們并不能完全取代人類(lèi)員工的所有工作,因?yàn)槿祟?lèi)員工在許多領(lǐng)域仍然具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),比如創(chuàng)造力、靈活性、復(fù)雜問(wèn)題的解決能力、洞察力和與其他人的協(xié)作能力等。


也因?yàn)槿诵螜C(jī)器人全面替代制造業(yè)員工是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題,它涉及到多個(gè)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(shù)層面----①要研究發(fā)展更強(qiáng)大的人工智能技術(shù);②要提高人形機(jī)器人的感知和運(yùn)動(dòng)能力,以適應(yīng)各種制造任務(wù)的作業(yè);③要開(kāi)發(fā)具備自主性更強(qiáng)、靈活性更強(qiáng)的人形機(jī)器人系統(tǒng)。


社會(huì)層面----①需要制定適當(dāng)?shù)姆珊驼撸怨芾砗捅O(jiān)管人形機(jī)器人的使用和影響;②要推動(dòng)就業(yè)和教育體系的變革,幫助人們適應(yīng)和應(yīng)對(duì)人形機(jī)器人替代人工的挑戰(zhàn)。


倫理層面-----①因?yàn)槿诵螜C(jī)器人的替代和應(yīng)用涉及到人機(jī)關(guān)系、隱私保護(hù)、責(zé)任分配等一系列倫理問(wèn)題,需要處理好倫理和道德問(wèn)題等等。


四、結(jié)語(yǔ)


復(fù)旦大學(xué)教授蔣昌建曾經(jīng)和他復(fù)制的機(jī)器人蔣昌建進(jìn)行對(duì)話,機(jī)器人蔣昌建頗有情感地和真人蔣昌建進(jìn)行了對(duì)話交談。最后,真人蔣昌建說(shuō):“希望你代替我永遠(yuǎn)活下去!”他們以深情地?fù)肀дf(shuō)再見(jiàn),見(jiàn)圖十二。


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圖十二 真人蔣昌建與機(jī)器人蔣昌建對(duì)話

這清楚地告訴人們,替代蔣昌建教授的智慧人形機(jī)器人蔣昌建一定會(huì)永遠(yuǎn)活下去。因此,我們有理由說(shuō)服裝吊掛線下的縫制車(chē)間,那排排坐的縫制員工一定會(huì)被排排坐的智能人形機(jī)器人所替代,直到永遠(yuǎn)!見(jiàn)圖十三。


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圖十三 智能人形機(jī)器人替代制造業(yè)員工

2023年11月稿于上海

文章來(lái)源:中國(guó)服裝協(xié)會(huì)



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