人機(jī)融合制造未來(lái)進(jìn)化新思考

文/中國(guó)社會(huì)科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所 鄧洲

雖然工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入大量使用機(jī)器的階段，但到目前為止，人與機(jī)器之間都不能說(shuō)是完全和諧的關(guān)系。

人與機(jī)器的不和諧關(guān)系主要由三個(gè)障礙造成：第一個(gè)障礙是機(jī)器只能理解由代碼編寫(xiě)的專(zhuān)業(yè)語(yǔ)言，因此不能直接接受非專(zhuān)業(yè)人員的指令；第二個(gè)障礙來(lái)自機(jī)器的高度專(zhuān)用型，這與具有學(xué)習(xí)能力和工作柔性的人類(lèi)形成鮮明對(duì)比；第三個(gè)障礙是機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)人具有危險(xiǎn)性，嚴(yán)苛的人機(jī)隔離規(guī)章制度保護(hù)了工人，卻也杜絕了人與機(jī)器的深度交流與協(xié)作。

全新的技術(shù)和工藝正在徹底改變?nèi)伺c機(jī)器的關(guān)系，更柔性化和模塊化的設(shè)計(jì)、對(duì)人類(lèi)更友好的保護(hù)裝置、更加精準(zhǔn)的傳感器得到廣泛應(yīng)用。最重要的，在人工智能等新一代數(shù)字技術(shù)加持下的更強(qiáng)糾錯(cuò)能力和使用人類(lèi)語(yǔ)言的人機(jī)交互方式，不斷促成人與機(jī)器的關(guān)系在制造現(xiàn)場(chǎng)變得更加和諧。

人機(jī)融合制造興起

在工業(yè)化的進(jìn)程中，制造現(xiàn)場(chǎng)中人與機(jī)器的關(guān)系不斷發(fā)生演變，在不同技術(shù)和制度環(huán)境下，人與機(jī)器的關(guān)系并非“機(jī)器替代人”這樣簡(jiǎn)單，機(jī)器的使用不是僅替代人類(lèi)崗位，在很多時(shí)候是填補(bǔ)人類(lèi)無(wú)法勝任的工作，從而形成相互補(bǔ)充、共同完成生產(chǎn)制造過(guò)程的關(guān)系?？傮w上看，在制造業(yè)中，人與機(jī)器的關(guān)系從矛盾沖突走向和諧共處，自工業(yè)革命以來(lái)出現(xiàn)了“人機(jī)沖突”“人機(jī)磨合”“人機(jī)互補(bǔ)”“人機(jī)協(xié)作”四類(lèi)關(guān)系，隨著新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革下數(shù)字技術(shù)和制造技術(shù)的進(jìn)步，人與機(jī)器萌發(fā)“人機(jī)融合”的新關(guān)系。

18 世紀(jì)英國(guó)率先發(fā)生工業(yè)革命，珍妮紡紗機(jī)、瓦特改良蒸汽機(jī)等大型機(jī)器雖然提高了生產(chǎn)效率，形成了工業(yè)部門(mén)，但人與機(jī)器主要表現(xiàn)為“沖突”關(guān)系。

20 世紀(jì)50 年代至60 年代，一大批新的制造工藝、管理方法開(kāi)始被總結(jié)和普及，嚴(yán)格的規(guī)章制度使得由機(jī)器造成的安全事故大幅減少，人與機(jī)器間的沖突和對(duì)立關(guān)系得到緩解。

20 世紀(jì)80 年代以后，信息技術(shù)開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用于機(jī)器人。在制造業(yè)中，人與機(jī)器開(kāi)始出現(xiàn)相互協(xié)作的關(guān)系。

當(dāng)前，制造業(yè)正在經(jīng)歷天翻地覆的數(shù)字化變革，在數(shù)控化的基礎(chǔ)上，機(jī)器向著更加智能化、柔性化和安全化的方向發(fā)展，人與機(jī)器的協(xié)作關(guān)系向“人機(jī)融合”更進(jìn)一步：一是人與機(jī)器的互動(dòng)交流以人類(lèi)自然語(yǔ)言為基礎(chǔ)；二是人與機(jī)器可以在同一空間和平臺(tái)上協(xié)作，人與機(jī)器間物理上、制度上的格擋將徹底消失；三是機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)高度柔性化，并且具備學(xué)習(xí)能力和糾錯(cuò)能力，人對(duì)機(jī)器的直接干預(yù)變得很少。一旦機(jī)器與人實(shí)現(xiàn)深入融合，就會(huì)形成“人機(jī)融合制造”的新場(chǎng)景。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程并不是一蹴而就的，會(huì)有一個(gè)探索和推廣過(guò)程。

從全球范圍看，目前處于領(lǐng)先地位企業(yè)的制造現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)是很成熟的“人機(jī)協(xié)作”，個(gè)別工廠在一些領(lǐng)域和環(huán)節(jié)開(kāi)始向“人機(jī)融合”的方向進(jìn)行嘗試。美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐洲等制造業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家、地區(qū)的工廠絕大多數(shù)處于“人機(jī)互補(bǔ)”發(fā)展階段，而其他發(fā)展中國(guó)家的制造工廠仍然處于“人機(jī)磨合”階段。當(dāng)然，人機(jī)融合制造只是從人與機(jī)器關(guān)系的角度對(duì)未來(lái)制造現(xiàn)場(chǎng)特征的一種描述，與柔性制造、共享制造、分布式制造等制造新模式并不矛盾。“人機(jī)融合”是制造業(yè)生產(chǎn)關(guān)系與生產(chǎn)力相符的一種具體表現(xiàn)，是對(duì)人與機(jī)器在制造現(xiàn)場(chǎng)關(guān)系的描述。從另一個(gè)維度看，人機(jī)融合制造是“人機(jī)融合”在制造現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，人與機(jī)器的融合關(guān)系將體現(xiàn)在各個(gè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域，在制造業(yè)中的具體表現(xiàn)是人機(jī)融合制造。

人機(jī)融合制造現(xiàn)狀

從20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始，美國(guó)就在信息化背景下對(duì)人與機(jī)器的關(guān)系進(jìn)行多路徑探索。綜合看，美國(guó)在人機(jī)融合技術(shù)（特別是腦機(jī)融合）上有絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在軍事、醫(yī)學(xué)康復(fù)上的應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他國(guó)家，但由于缺乏具體的應(yīng)用需求，人機(jī)融合在制造業(yè)上的應(yīng)用相對(duì)較弱。隨著美國(guó)“再工業(yè)化”的推進(jìn)，制造體系在近幾年有所恢復(fù)，憑借技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)在人機(jī)融合制造上的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

日本在人機(jī)融合制造的系統(tǒng)應(yīng)用上走在世界前列。歐姆龍的人機(jī)融合制造現(xiàn)場(chǎng)在多次國(guó)際裝備展會(huì)上大放異彩，而事實(shí)上，日本有很多企業(yè)，包括那些有百年發(fā)展歷史的老企業(yè)，都在人機(jī)融合制造上有系統(tǒng)化的布局，并表現(xiàn)出不同的特色和優(yōu)勢(shì)。在具體的應(yīng)用中，日本制造企業(yè)將傳感、人工智能、加工精度等日本具有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)和能力集成，已經(jīng)創(chuàng)造了一些系統(tǒng)化的人機(jī)融合制造場(chǎng)景，并在實(shí)際中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

中國(guó)是人機(jī)融合制造的積極參與者，并借助人工智能和制造業(yè)的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)備了很強(qiáng)的前沿技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用能力。近幾年，國(guó)內(nèi)制造企業(yè)和工業(yè)機(jī)器人企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，在服裝、食品、小家電等勞動(dòng)密集型較高的行業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)推廣，一些制造環(huán)節(jié)上的堵點(diǎn)、斷點(diǎn)因?yàn)椴捎昧诵碌膮f(xié)作機(jī)器人得到明顯改善。例如，縫紉廠的裁剪機(jī)器人能夠與工人同平臺(tái)工作，不僅大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還將車(chē)縫一次性通過(guò)率從過(guò)去的85%提高到95%。中國(guó)在人機(jī)融合制造領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、場(chǎng)景創(chuàng)新和應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)都具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但受限于一些“老問(wèn)題”（如基礎(chǔ)工業(yè)、基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)材料的短板），人機(jī)融合制造的發(fā)展處于規(guī)模大、場(chǎng)景多但技術(shù)中流的局面。

除了人機(jī)融合制造的應(yīng)用，歐洲、日本、美國(guó)企業(yè)在設(shè)備制造上也具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如，丹麥的優(yōu)傲（Universal Robots）占據(jù)當(dāng)前全球協(xié)作機(jī)器人近一半的市場(chǎng)份額，ABB 的YuMi機(jī)器人、發(fā)那科的CRX 系列機(jī)器人、川崎的繼承者（Successor）機(jī)器人、庫(kù)卡的LBR iiwa 機(jī)器人、安川的HC 系列機(jī)器人、波士頓Rethink 的Baxter 等都是人機(jī)融合裝備的先驅(qū)和代表。

目前，人機(jī)融合制造技術(shù)路線、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、場(chǎng)景模式等還存在很大的不確定性，未來(lái)的發(fā)展取決于技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)應(yīng)用的具體發(fā)展以及政策影響。

人機(jī)融合制造展望

人機(jī)融合制造的具體實(shí)現(xiàn)路徑還充滿不確定性，但毋庸置疑的是，在未來(lái)的制造現(xiàn)場(chǎng)，人與機(jī)器的關(guān)系會(huì)更加和諧，人機(jī)融合是未來(lái)制造的重要特征。未來(lái)5 年—10 年會(huì)是人機(jī)融合制造發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，隨著具體應(yīng)用場(chǎng)景的不斷涌現(xiàn)，人機(jī)融合制造將逐步收斂技術(shù)路線，并形成產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)體系，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)、各大機(jī)器人公司、互聯(lián)網(wǎng)公司、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公司將在產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)體系的不同領(lǐng)域分工合作。從人機(jī)融合制造自身的發(fā)展看，將呈現(xiàn)“進(jìn)化”“集成”“人性”三大趨勢(shì)。

從人機(jī)融合的程度看，人機(jī)關(guān)系進(jìn)一步“進(jìn)化”。人機(jī)融合制造將經(jīng)歷三個(gè)典型的“進(jìn)化”階段，實(shí)現(xiàn)不同程度的融合，最終達(dá)到最理想狀態(tài)。

第一個(gè)階段是交流融合，面向人的傳感器的使用是這個(gè)階段的關(guān)鍵。過(guò)去機(jī)器的傳感主要針對(duì)加工對(duì)象和機(jī)器自身，而語(yǔ)言識(shí)別、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的成熟使得機(jī)器能夠更快、更準(zhǔn)確理解人發(fā)出的指令，而不再需要復(fù)雜且專(zhuān)用性極高的機(jī)器語(yǔ)言作為人機(jī)交流的通道。界面“可視化”只是交流融合的過(guò)渡階段，人機(jī)交流將向著機(jī)器能夠直接理解人的自然語(yǔ)言、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)以方便人對(duì)機(jī)器的了解，以及腦機(jī)直接對(duì)接的方向發(fā)展。第二個(gè)階段是行動(dòng)融合，人與機(jī)器可以同空間同時(shí)間合作。在制造業(yè)，人與機(jī)器同平臺(tái)工作還存在諸多技術(shù)和制度障礙，目前也只是在極少工廠的若干工位上有所嘗試。第三個(gè)階段是思想融合，人與機(jī)器進(jìn)行無(wú)障礙的信息傳遞，并且可以共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。機(jī)器學(xué)習(xí)、生物傳感、腦機(jī)接口是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器思想融合的關(guān)鍵性技術(shù)，機(jī)器將準(zhǔn)確理解并完全配合人的指令，甚至根據(jù)不同工人的習(xí)慣調(diào)整自己，人與機(jī)器在崗位和任務(wù)上也不再有明確和固定的分工，在面對(duì)新情況、新任務(wù)時(shí)，機(jī)器和人能夠同步學(xué)習(xí)。

從人機(jī)融合與其他智能制造技術(shù)的關(guān)系看，人機(jī)融合將更加深入“集成”到更大的未來(lái)制造系統(tǒng)中。人機(jī)融合制造只是從人與機(jī)器關(guān)系的角度對(duì)未來(lái)制造現(xiàn)場(chǎng)的一種特征描述，人機(jī)融合是未來(lái)制造系統(tǒng)的組成單元，并且與其他的未來(lái)制造技術(shù)和模式相互融合發(fā)展。例如，數(shù)字孿生工廠已經(jīng)進(jìn)入試點(diǎn)示范階段，元宇宙可能是未來(lái)制造工廠數(shù)字化下一階段的展現(xiàn)形式，機(jī)器的工作狀態(tài)和采集到的各種信息能夠以更直接的方式展現(xiàn)出來(lái)，而不是現(xiàn)在冷冰冰的數(shù)字和不斷跳閃的燈光。

從人機(jī)融合的社會(huì)屬性看，人機(jī)融合是要實(shí)現(xiàn)制造的“人性”。人工智能的快速發(fā)展開(kāi)辟了眾多全新的產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)和業(yè)態(tài)，大大提升了生產(chǎn)效率改善人們的生活，但同時(shí)也引發(fā)巨大擔(dān)憂。馬斯克是人工智能應(yīng)用的激進(jìn)者，但他也在個(gè)人社交平臺(tái)上表示“人工智能技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)太高，以致我們不得不進(jìn)行相關(guān)研究”。因此，人機(jī)融合制造的技術(shù)研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用，都必須同步推進(jìn)相關(guān)的倫理研究和制度建設(shè)，保障人在未來(lái)制造現(xiàn)場(chǎng)處于絕對(duì)主導(dǎo)地位，而機(jī)器必須服從人的指揮并積極配合人的工作。