注塑機 擠出機 造粒機 吹膜機 吹塑機 吹瓶機 成型機 吸塑機 滾塑機 管材生產線 板材生產線 型材生產線 片材生產線 發泡設備 塑料壓延機
西安中科光電精密工程有限公司
西安中科光電精密工程有限公司
閱讀：4發布時間：2024-12-26
浮華背后的巨大需求
2020年，雷軍在小米十周年發布會上公告了小米智能工廠的存在。雷軍說，小米全自動化智能工廠大規模使用自動化產線、5G網絡、機器人、大數據等技術，效率比傳統工廠提升了60％以上。
△小米智能工廠
作為國產智能手機的頭部廠商，小米智能工廠大概是被公眾所熟知的智能制造代表之一。事實上，不止是智能手機行業，近些年崛起的國產造車新勢力同樣在工業智能化方面可圈可點。而也正是智能手機行業與汽車制造業的“"，讓普通人有了“中國制造開啟工業4.0時代"的錯覺。
為什么這么說？因為智能手機制造與汽車制造都涉及大量的流程制造，其產品本身或零部件更容易拆解成標準的加工與裝配等工藝，進而形成標準作業產線，只要設備體系運行正常，工藝參數得到控制，就可以生產正常的合格產品。即便存在一些離散制造場景，也能通過大批量的制造需求與較長的換代周期，彌補鋪設現代化生產線帶來的較高成本。
手機制造業與汽車制造業的這些特點，也為其工業智能化提供了適合的土壤。可編程式機器人得到規模化應用，解決了大批量產品高效自動化生產的問題，本質上屬于“工業3.0“生產作業模式。在"工業3.0"模式下，能夠解決或基本解決的高效生產任務，因為經濟性原因，本身沒有必要進化升級到“工業4.0"。
▲ 比亞迪新能源車生產線
然而，在這些場景之外，還存在著大量特殊的離散制造場景，多品種、小批量定制的場景特點導致至今仍舊依靠大量的純人工作業支撐。據西安中科光電精密工程有限公司（以下簡稱西安中科光電）創始人兼CEO吳易明博士介紹，以焊接行業為例，在基建鋼構、重型裝備、船舶制造、鍋爐壓力容器及航空航天等領域的典型離散制造場景，依舊至少有80%的工作需要純人工作業來完成。
人口紅利效應褪去，勞動力成本上升，年輕人逐漸逃離工廠等因素使得制造業領域人才儲備要素受限。加之疫情影響，純人工作業方式遭遇巨大挑戰。像焊接這樣的離散場景需求逐漸放大，成為目前工業轉型壓力的領域之一。這些工作誰來干？成為相關行業發展的重要議題。
▲ 以重工焊接為代表的離散制造場景
而當各種機器人（機械臂）將注意力更多的集中在以流水線為主的產業轉型需求的時候，當這些需求僅僅依靠傳統機械臂等方式即可實現全自動化生產的時候，像焊接這樣的離散場景需求，也就自然而然地成為被遺忘的角落。因此，真正的“工業4.0"生產模式，必須直面上述場景生產任務的挑戰，實現智能機器人對一線工人的替代。
沒有智能機器人，制造業很難再進步
2015年，中國提出的“2025智能制造戰略"為整個制造業的轉型升級畫出了一張宏偉藍圖；6年后，《“十四五"智能制造發展規劃》提出實施智能制造裝備創新發展行動，同時開展工業機器人創新產品發展行動。將整塊“智能制造"的版圖分割為一塊塊拼圖，讓智能制造具化為一種可以觸摸的可能。同年12月，發布《“十四五"機器人產業發展規劃》，提出重點推進工業機器人等產品的研制及應用，提高性能、質量和安全性，推動產品化智能化發展。
但遺憾的是，傳統機器人（機械臂）的局限性制約了智能制造的發展。為什么會出現這種現狀？為什么沒有廠商瞄準這部分需求，推出相對應的智能化解決方案？顯然，在這些典型離散制造場景下，智能機器人面臨的痛點難點不容忽視。
同樣以重工焊接為例，面對各種柔性需求，機器人能否適應不同工件、組對誤差與加工誤差的復雜要求？效率方面，機器人能否比人工生產效率更高，進而產生更好的效益？談及品質，機器人的焊縫形貌是否質量更優，機械特性與一致性是否更好？生產管理方面，機器人能否獨立實現質量信息追溯與調度過程信息化？此外，環保控制及使用維護等方面，機器人是否擁有相應的優勢？
▲ 重工焊接等離散制造面臨復雜要求
人類之所以能夠應對如此復雜的任務，與多重感官的輔助與大腦的靈活調度顯然是分不開的。那么，將機器人擬人化能否解決這個問題呢？問題顯然沒有這么簡單，雖然眾多的影視作品都選擇將機器人刻畫為“五官俱全"的類人形象，但工業上能見到的機器人大多依舊是擁有N個轉向軸的機械手臂。那么，為什么不給這些工業機器人裝上“眼睛"呢？
據了解，工業機器人（機械臂）按照輸入信號方式，可分為編程輸入型機器人和示教輸入型機器人。簡單來說，僅需通過程序導入，或是人工示教，這些工業機器人便可以實現簡單的流水線操作。
▲ 機器人示教器
在此基礎上，賦予機器人“眼睛"和“大腦"，使得機器人成為識別、檢測都更加擬人化的智能機器人，并非不可能。但據中科光電創始人吳博士介紹，圍繞機械臂技術架構，增強傳感功能這一發展途徑，本質上是制約智能機器人產品升級和技術革新的障礙。智能技術發展后，真正的智能機器人，以“大腦“為控制核心，以感知和智能識別為關鍵技術要素，機械臂是機器人系統的運動執行部件，因此，重構機器人系統技術架構是推進技術升級和產品進階的必由之路。
吳博士表示，當人類去看眼前的物體，比如一個沙發的時候，能夠辨認一個對象的實質是因為“人類"能夠有效抽取對象的幾何結構并在大腦空間中將對象表征和重構出來，形成有效映射和鏡像。依靠人類成長過程中潛移默化的視覺認知能力，人類能夠根據局部信息判斷出這就是一個沙發。
目前主流的人工智能技術無法從技術角度嚴格保證視覺信息與空間實物對象之間的映射關系，因此需要依靠對大量的圖片信息進行訓練，通過海量的數據積累，使機器提高識別的準確性。
▲ 激光雷達成像示意
相關資料顯示，采用稀疏獎勵的方法訓練一個機械臂的手勢，需要上千萬的模擬學習的樣本和兩周的訓練時間。一個動作尚且如此，在離散制造場景中，各種不確定因素衍生出的復雜局面顯然不是普通視覺機器人能夠應對的。
類似的情況也出現在自動駕駛領域。，自動駕駛車輛通過激光雷達等復合傳感技術獲取道路信息，再通過人工智能技術識別復雜路況，進而給出相關指令。但由于每一個指令過后都會有一個不同的復雜路況衍生出來，就使得其人工智能模塊不斷承受更大的壓力，直到指令出錯引發事故。目前自動駕駛技術遭遇瓶頸與此顯然不無關聯。
▲ 自動駕駛原理示意
2022年1月，復旦大學相關團隊通過模擬動畫展示了某L4級別無人駕駛汽車必然會發生碰撞的其中一個特定場景。并且結果顯示這并不是孤例，該團隊的測試系統僅在一周內就發現數百個碰撞的案例，并通過媒體呼吁不要嘗試L2以上級別自動駕駛功能。
顯然，無論是自動駕駛領域，還是離散制造場景下的重工焊接等領域，都需要一條新的思路，來解決復雜的現實需求。
對此，吳易明博士表示，工業4.0需要處理大量的不確定性，因此要與周圍環境深度互動，而對于“具身智能"的研究有望開啟機器智能的新階段。“具身性"的概念起源于認知心理學，指生理體驗與心理認知之間有強烈的聯系。生物（包括人）在智能發生及進階過程中呈現顯著的具身性特點，即認知和智力活動不是頭腦的孤立計算，而是頭腦、身體和環境的自適應交互作用。“具身智能"強調智能體可以像生物體一樣，通過感覺器官獲取物理世界的真實反饋，通過反饋進一步讓智能體優化使其更“智能"。
▲ 達爾文進化論
視覺是人類對于復雜信息采集和處理主要和高效的感知方式，當人類在解決工業場景的柔性生產問題時，首先通過視覺觀察，把物理空間要解決的現實問題轉換到認知空間，在認知空間進行計算、思考和推理形成解決方案，然后通過手臂或工具作用于物理空間，完成“感知-認知-規劃-執行"的閉環。
反觀機器智能，在感知層面，目前3D相機等視覺信息初級感知技術已較為成熟，但是在機器認知環節尚未形成突破，導致規劃和執行層面與感知層面脫節，所以目前工業機器人的應用大多局限于用專用機器（專機）方式處理特定的問題。在機器認知層面，核心是讓機器能夠理解、處理對象感知信息的含義，建立物理空間和認知空間的對應關系。
真“智能"機器人的探索之路
1998年，剛剛本科畢業的吳易明進入到西安光機所工作，一干就是15個年頭。在這里，他埋頭苦干，突破了多項關鍵技術，將理論研究轉化為科研成果，并在2009年趕著最后答辯的時限，拿到了大學的博士學位。然而吳博士卻說，“我的運氣比較好，我98年畢業，99年就開始負責項目，然后慢慢地把手里的項目拓展成了研究室。"
吳博士這里提到的研究室是西光所光學定向與瞄準技術室。在研究所期間，吳博士主要從事瞄準技術和原子慣性技術研究工作，是精密儀器及瞄準技術專家。在此期間，吳博士曾獲得部委級科技進步二等獎與三等獎各一次，是陜西省青年科技新星。2013年，吳易明作為單位內項目負責人獲得國家科技進步特等獎（集體獎）一項。
▲ 西安中科光電創始人吳易明簡介
2013年，在中科院西安光機所、西科天使的支持下，西安中科光電精密工程有限公司（以下簡稱中科光電）正式成立。作為面向智能制造、國防裝備領域的企業，中科光電專業從事智能機器人產品開發及技術服務。
2016年，中科光電參與由西安交通大學梅雪松教授牽頭，聯合高校、航空航天央企用戶等單位組成的項目組，獲得重大專項課題的項目支持，吳易明博士團隊結合課題需要，采用現代數學理論方法，構建了一種全新的智能理論架構，借助立體視覺傳感手段，解決了任意人造立體對象的精細視覺識別問題，使機器在不需要數據訓練的情況下能夠“理解"物理空間中的物體對象、以及對象精細特征的含義。
隨著理論和技術應用研究的深入，吳博士認識到點式的技術突破需要有新的理論基礎做指引。2019年之后，吳博士研究的重點工作就轉向了認知科學、心理學、神經生理學、數學等方面，并對“智能"、"信息"、"識別“等智能科學領域的基本概念進行了深入思考和清理。2021年初，吳博士初步提出以“具身認知"為指導的推動智能科學發展進階的新范式。2021年10月，結合斯坦福大學李飛飛教授發表文章的內容，吳博士團隊確認在當下智能科學發展新階段，可以以“具身智能"命名并構建基礎理論體系。
西安中科光電基于具身智能實現的技術突破，形成了的智能機器人解決方案，面向離散制造場景中的搬運、裝配、檢測、打磨、焊接、機床協作等任務，自主執行工藝工序任務，實現真正的“工業4.0"生產模式。結合目前的技術和應用進展，五年內會推出具有多任務適應能力的“手-眼"協作智能機器人產品；十五年左右時間內，用于工業生產的擬人化（人形）通用機器人將普及。
有時候，過于前衛的技術理念往往不容易被理解。吳博士表示，“2019年當我們將基本理論打通，講給別人聽的時候，別人不僅聽不懂，也不愛聽。于是，2019年后，在繼續深化理論研究的同時，我們又花了三年的時間，投入7000萬資金將智能焊接機器人做了出來。如今，我們的底層科學原理和技術成果已逐漸被學術界接受和認可，科研成果也在逐步進行商業化落地。目前，產品主要應用于離散型智能焊接、智能檢測、特種機器人三大領域。"
據了解，西安中科光電款通用智能焊接機器人產品已批量投放客戶現場，而智能檢測機器人產品已在定義過程中。智能焊接機器人基于3D視覺傳感信息，可智能識別任意工件的點云，并自主規劃焊接路徑、實時焊縫跟蹤，實現了焊接過程閉環精準控制，并能對焊縫形貌質量進行自主檢測和評價。實現了“像人一樣看、像人一樣焊、像人一樣檢"。真正實現了“人工智能"賦能下的工業機器人應用。
▲ 西安中科光電智能焊接機器人工作站
也就是說，在擁有數據模型的前提下，該智能焊接機器人清楚地知道自己焊接的零件此時此刻的狀態是什么，并且能夠根據當前狀態自主規劃出下一步的焊接路徑，進而實現真正的智能化加工。
目前，該“同人"智能焊接機器人系列已根據場景及加工規格的不同，衍生出固定式智能焊接工作站、地軌式智能焊接工作站及龍門式智能焊接工作站三大品類。2020年以來，西安中科光電以定制開發和標準化產品銷售兩種模式，實現了近20臺套產品在客戶現場的應用，客戶群涵蓋橋梁鋼構、艦船制造、基建鋼構、重型裝備等領域的，包括中船重工、中鐵寶橋、中信重工、中建鋼構、中化鋼構、中核工業、西航發、陜建鋼構、等大型央企國企。
▲ 西安中科光電“同人"智能焊接機器人
據了解，除大規模B端客戶外，中科光電也計劃在未來針對小型B端客戶推出智能焊接機器人租賃服務。吳博士表示，“很多小型工廠需求有限，產值也有限，人工方面30人能干，50人也能干。這種情況下，我們可以在每個城市附近開設一家共享工廠，通過來料加工實現對零散需求的合理覆蓋。
談及公司愿景，吳博士表示，中科光電首先是希望服務于國家需求，與此同時，中科光電也將致力于改造生產模式，成為工業4.0時代的智能機器人領域的，進而提升人類的生活品質。
2022年元月，西安中科光電完成了數千萬元人民幣的Pre-A輪融資，本輪融資分別由東方嘉富、鹽南興路產業基金、上海眾合/風潤智能、寧夏正和等共同投資完成。據了解，本輪融資后，西安中科光電將進一步加大技術研發投入和產能擴張，加速專業人才梯隊建設，鞏固擴大良好的發展態勢。
塑料機械網 設計制作，未經允許翻錄必究 .? ? ?
請輸入賬號
請輸入密碼
請輸驗證碼