工匠機(jī)器人：科技讓傳統(tǒng)工藝更出彩

徐建平

近年來(lái)，傳統(tǒng)手工技藝受到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注，保護(hù)與傳承逐漸成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，隨著人口紅利逐漸消失，從事傳統(tǒng)行業(yè)的勞動(dòng)者越來(lái)越少，面對(duì)理想與現(xiàn)實(shí)的激烈沖突，機(jī)器人或許能給我們帶來(lái)解決問(wèn)題的最優(yōu)解。

我國(guó)是世界上工業(yè)體系最為完備的國(guó)家之一，工業(yè)體系幾乎涉及到所有行業(yè)門(mén)類，特別是陶瓷、釀酒、制茶、宣紙、絲綢等蘊(yùn)含中華民族燦爛文化和智慧結(jié)晶的傳統(tǒng)行業(yè)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這些行業(yè)一直保持著傳統(tǒng)的手工作業(yè)模式，各類工匠維系著技藝的傳承。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的作業(yè)模式難以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)需求；人口紅利的消失，使得擁有精湛技藝的匠人正在減少；傳統(tǒng)手工模式正遭受著勞動(dòng)安全、食品安全和健康安全的詬病，這些因素導(dǎo)致傳統(tǒng)行業(yè)的原始作業(yè)模式難以為繼，一場(chǎng)關(guān)乎傳統(tǒng)行業(yè)的挽救和升級(jí)行動(dòng)勢(shì)在必行。智能工匠機(jī)器人的出現(xiàn)以及“互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人+人工智能”的技術(shù)變革，為傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的希望，利用智能機(jī)器人來(lái)保護(hù)和傳承“工匠精神”逐漸成為可能。

工匠機(jī)器人的概念

當(dāng)一部分國(guó)內(nèi)從業(yè)者緊盯智能制造、數(shù)字工廠、智能產(chǎn)品等概念亦步亦趨時(shí)，武漢奮進(jìn)智能機(jī)器有限公司（以下簡(jiǎn)稱“武漢奮進(jìn)”）另辟蹊徑，在研發(fā)出云機(jī)器人（Cloud Robots，CRs）之后，又推出了工匠機(jī)器人（Artisan Robots，ARs）。工匠機(jī)器人是武漢奮進(jìn)在充分研究國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，避開(kāi)通用機(jī)器人的紅海，針對(duì)特定行業(yè)、特點(diǎn)領(lǐng)域和特定工藝研發(fā)的定制化機(jī)器人產(chǎn)品。與通用機(jī)器人相比，工匠機(jī)器人的最大不同點(diǎn)在于其設(shè)計(jì)理念中深度融入了產(chǎn)品的制造工藝。換言之，工匠機(jī)器人是為工藝而生的定制化機(jī)器人產(chǎn)品。

工匠機(jī)器人將匠人的手法和技藝，轉(zhuǎn)化成了機(jī)器人的動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，并嚴(yán)格遵循傳統(tǒng)工藝，模仿人工作業(yè)進(jìn)行定制化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和算法規(guī)劃。此外，工匠機(jī)器人還集成了大量外部傳感器，可將所有數(shù)據(jù)傳送至云服務(wù)器，從而進(jìn)行云計(jì)算處理和深度學(xué)習(xí)。這種“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”環(huán)境下的機(jī)器人，具有像工匠一樣的“眼睛”、“鼻子”、“手腳”和“大腦”，因此實(shí)現(xiàn)了自我感知、自動(dòng)進(jìn)化、主動(dòng)優(yōu)化，能夠像工匠一樣交互信息、積累經(jīng)驗(yàn)、精益求精。

工匠機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科、多專業(yè)和多領(lǐng)域技術(shù)的融合（如圖2所示），是工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的一次理論創(chuàng)新，其主要特征如下：

（1）將工匠的技藝和手法進(jìn)行提煉，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)化語(yǔ)言，建立基于生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)庫(kù)。以白酒釀造流程中的上甑工位為例，將上甑工的操作手法和技藝，分別轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)和可識(shí)別的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，從而使機(jī)器人可以在結(jié)構(gòu)上模仿人類進(jìn)行工作，在程式和算法上按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝的傳承。

（2）新興傳感器的引入，使工匠機(jī)器人具有像匠人一樣的“感知器官”，視覺(jué)、語(yǔ)音、力感、溫濕度感知等外部傳感器讓機(jī)器人對(duì)周邊環(huán)境有了密切感知，機(jī)器人既可以感知自身運(yùn)行狀態(tài)和周?chē)h(huán)境的變化，也可以感知生產(chǎn)的過(guò)程。

（3）傳感器采集的有效數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)（有線或無(wú)線）傳送至云端服務(wù)器，從而使機(jī)器人控制系統(tǒng)不再是游離的“信息孤島”，而是同時(shí)擁有了“本地大腦”和“遠(yuǎn)程云腦”兩個(gè)處理系統(tǒng)?！氨镜卮竽X”即機(jī)器人控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，發(fā)送指令控制執(zhí)行單元?！斑h(yuǎn)程云腦”即云服務(wù)器系統(tǒng)，是大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的運(yùn)算中心。

（4）工匠機(jī)器人是“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”環(huán)境下的創(chuàng)新產(chǎn)品，代表著未來(lái)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，它的出現(xiàn)將改變工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人從產(chǎn)品到服務(wù)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型?；谏a(chǎn)流程的“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用環(huán)境下的工匠機(jī)器人，將成為未來(lái)智慧工廠里的智能節(jié)點(diǎn)。“互聯(lián)網(wǎng)+”的機(jī)器人環(huán)境將促進(jìn)機(jī)器人與機(jī)器人、機(jī)器人與周邊設(shè)備以及機(jī)器人與人之間的信息流通，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人租賃、遠(yuǎn)程診斷、運(yùn)維外包、工藝優(yōu)化以及智能推送等服務(wù)提供環(huán)境保障，極大地拓展機(jī)器人的應(yīng)用市場(chǎng)（如圖3所示）。

第一代工匠機(jī)器人—上甑機(jī)器人

2016年，武漢奮進(jìn)推出了業(yè)內(nèi)第一款工匠機(jī)器人產(chǎn)品—上甑機(jī)器人，這是為傳統(tǒng)白酒行業(yè)量身定制的一款產(chǎn)品，主要應(yīng)用于白酒釀造過(guò)程的上甑環(huán)節(jié)。

上甑是白酒釀造的關(guān)鍵工序，直接影響著白酒的產(chǎn)量和質(zhì)量。該工序?qū)Σ僮魅藛T的技能要求較高，有嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的作業(yè)手法。一般而言，培養(yǎng)一名合格的上甑工至少需要5年時(shí)間。此外，上甑工勞動(dòng)強(qiáng)度大，每天需要轉(zhuǎn)運(yùn)10噸以上的糧食。不僅如此，上甑工的作業(yè)環(huán)境差，工人需要長(zhǎng)期處在高溫、高濕的酸性環(huán)境中?；谝陨隙喾N因素，導(dǎo)致目前有經(jīng)驗(yàn)的上甑工越來(lái)越少，然而上甑機(jī)器人的出現(xiàn)，推動(dòng)了白酒行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

在傳統(tǒng)的白酒釀造車(chē)間，你會(huì)看到上甑工揮汗如雨的忙碌身影，工人師傅見(jiàn)氣壓氣、輕撒勻鋪、動(dòng)作嫻熟。然而，在自動(dòng)化釀造車(chē)間，情形卻完全不同，上甑機(jī)器人有條不紊地作業(yè)：俯身、轉(zhuǎn)臂、鋪撒、調(diào)節(jié)閥門(mén)、切換開(kāi)關(guān)，頗具章法，這就是武漢奮進(jìn)為白酒行業(yè)定制研發(fā)的首款工匠機(jī)器人（如圖5所示）。雖然上甑機(jī)器人貌不驚人，但它卻身懷絕技。一臺(tái)上甑機(jī)器人可以對(duì)兩個(gè)酒甑交替作業(yè)，探氣上甑、勻鋪輕撒，控制蒸汽流量及通斷時(shí)間，適時(shí)保證冷凝水的供給，自動(dòng)切換酒頭、酒尾和主體酒的開(kāi)關(guān)閥，全程無(wú)人干預(yù)，整套動(dòng)作如行云流水、一氣呵成，如同一位熟練的技師在進(jìn)行表演。

上甑機(jī)器人的一系列操作并非花拳繡腿，一甑酒醅完成上甑、蒸餾等工序后，上甑機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無(wú)酒尾（酒精度小于5度），而人工作業(yè)的酒尾基本不會(huì)低于10度。此外，上甑機(jī)器人還能使每甑糧食多產(chǎn)出10公斤酒，這些都是有經(jīng)驗(yàn)的上甑工難以企及的。這些優(yōu)異的成績(jī)也充分反映出了這款工匠機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

上甑機(jī)器人之所以能夠像優(yōu)秀的技師一樣進(jìn)行作業(yè)，得益于“遵循傳統(tǒng)，融入工藝”的設(shè)計(jì)理念，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證模仿人工動(dòng)作，在控制程序上遵照原有工藝。同時(shí)，將人的感官、視覺(jué)、觸覺(jué)甚至思維等要素融入到系統(tǒng)中去，進(jìn)而使得上甑機(jī)器人不再只是一套按既定程序進(jìn)行動(dòng)作的專用裝置。換言之，上甑機(jī)器人有了自己的“眼睛”、“手腳”和“大腦”，它完成的工作不再只是簡(jiǎn)單的搬運(yùn)，而是根據(jù)周?chē)h(huán)境的變化進(jìn)行“思考”，改進(jìn)工藝。

上甑機(jī)器人除了本體以外，還包括感知系統(tǒng)（溫差探測(cè)器、工作面形態(tài)探測(cè)器、酒精度檢測(cè)儀、蒸汽流量計(jì)和蒸汽壓力機(jī)等），執(zhí)行系統(tǒng)（各驅(qū)動(dòng)電機(jī)、酒精開(kāi)關(guān)閥、蒸汽閥和冷凝水閥等）和思維系統(tǒng)（云服務(wù)、云計(jì)算等）（如圖6所示）。工作時(shí)，上甑機(jī)器人通過(guò)“眼睛”（溫差探測(cè)器、工作面形態(tài)探測(cè)器）觀察酒甑里的蒸汽溫度場(chǎng)和酒醅形態(tài)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“見(jiàn)氣壓氣”，布撒物料并實(shí)時(shí)控制進(jìn)入酒甑的蒸汽流量和蒸汽通斷時(shí)間。餾酒過(guò)程中，上甑機(jī)器人根據(jù)工藝步驟，自主控制冷凝水的供給。此外，上甑機(jī)器人還能根據(jù)酒精度檢測(cè)儀的數(shù)值自動(dòng)切換酒頭、酒尾和主體酒開(kāi)關(guān)閥。在整個(gè)釀酒的過(guò)程中，各項(xiàng)數(shù)據(jù)（例如：酒精度數(shù)、蒸汽流量、蒸汽溫度、冷凝水供給時(shí)間、各電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)等）會(huì)被源源不斷地傳送至云服務(wù)器中，形成工藝大數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)積累。

上甑機(jī)器人是武漢奮進(jìn)推出的第一款工匠機(jī)器人產(chǎn)品，目前已在全國(guó)十余家知名酒企裝機(jī)120余臺(tái)，它的成功彰顯了工匠機(jī)器人的巨大發(fā)展?jié)摿?。從技術(shù)層面上看，上甑機(jī)器人是云機(jī)器人的延伸，它深度融入了產(chǎn)品的制造工藝，集成了各種外部傳感器和執(zhí)行器系統(tǒng)，可以對(duì)服務(wù)對(duì)象及其周邊環(huán)境進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)判斷和深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和工藝之間的閉環(huán)控制，能夠像技師和工匠一樣不斷積累經(jīng)驗(yàn)并優(yōu)化工藝，精益求精，利用科技讓傳統(tǒng)工藝更加出彩。