0.1 机器人适应新形势需要

全球范围内正在掀起新一轮科技革命和产业变革热潮，无论是专家、学者的论文，还是媒体报道或政府文告，工业4.0、大数据、互联网+、物联网、智能化、云计算、3D打印、人工智能等词汇频繁出现，已成为社会各界关注的焦点[1]。机器人也伴随着新一轮科技革命成为我们生产生活中不可或缺的一部分。

0.1.1 工业4.0

2008年金融危机后，各国为了振兴经济并在新一轮工业革命中占据制高点，纷纷提出了再工业化战略。其中最著名的就是德国提出的工业4.0。

2011年，在汉诺威工业博览会上，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔（Wolfgang Wahlster）提出，要在制造领域广泛应用物联网和服务网络等现代媒介，通过生产方式的变革推动第四次工业革命，即所谓“工业4.0”的最初概念，2013年4月德国推出了《德国工业4.0战略》，并在汉诺威工业博览会上正式发布了“工业4.0”[2]，将工业发展分成了四个连续阶段，如图0.1所示。从工业1.0到4.0其主要技术特征分别是机械化、自动化、信息化和网络化。工业4.0强调通过信息网络与物理生产系统的融合来改变当前的工业生产与服务模式。德国希望在未来10～15年整体工业将逐渐从3.0向4.0转变。

图0.1 工业1.0到4.0的发展历程

在信息技术指数级增长、数字化网络化普及应用和集成式智能化创新等三大驱动力的作用下，工业3.0转换到工业4.0，从而带来了新一轮工业革命。工业4.0的核心技术是信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS），其概念由美国国家自然基金委员会于2006年提出，主要强调Computing、Communication和Control的融合[3]。CPS是实现了多个软件对多个硬件控制的网络，利用物联网、传感器的无线连接和感知功能来实现对工厂和企业的控制和管理。CPS可将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，将生产工厂转变为一个智能环境[4]。在CPS中，生产设备不再只是“加工”产品的设备，而是拥有智能功能的物联网节点；机器人就是CPS的关键智能节点之一，是实现智能车间和智能工厂的关键环节。

0.1.2 中国制造2025

2018年5月8日，国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。其指导思想是：坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越[5]。

《中国制造2025》战略举措之一——高端装备创新工程以十大领域重点突破，其中就包括高档数控机床和机器人。我国未来十年将重点围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。对于五大工程之一的智能制造工程，要求紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用；支持政产学研用联合攻关，开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化；依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间。

2016年，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划（2016—2020年）》，推动“十三五”期间机器人及其产业的发展。规划指出，机器人产业发展要推进重大标志性产品率先突破。在工业机器人领域，聚焦智能生产、智能物流，攻克工业机器人关键技术，提升可操作性和可维护性，重点发展弧焊机器人、真空（洁净）机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV 6种标志性工业机器人产品，引导我国工业机器人向中高端发展。在服务机器人领域，重点发展消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人4种标志性产品，推进专业服务机器人实现系列化，个人/家庭服务机器人实现商品化。

面对新一轮技术革新，德国工业4.0和《中国制造2025》虽然应对略有不同，但基本核心关键是一致的，即制造业与信息技术和网络技术的深度融合。世界其他各国也纷纷提出应对策略。美国奥巴马政府于2011年6月出台了《先进制造伙伴计划》（Advanced Manufac-turing Partnership，AMP），确定关键领域包括机器人和先进材料等；英国于2013年10月推出了《英国工业2050战略》，提出通过融合技术、产品和生产网络，促进制造业升级；日本于2014年9月出台《日本制造业白皮书》，提出向知识密集型的高端制造业转型；2015年5月，日本政府设立了“机器人革命行动协议会”；韩国提出了《工业4.0战略实施建议书》，将制造业和信息化融合[6][7]。可以看出，世界各国应对新一轮技术变革，核心直指工业化与信息化相融合的新型制造业，机器人在制造业转型过程充当着极其关键的角色。

在这一轮的技术变革中，以移动互联网与大数据服务、医疗健康与物联网、新能源与智能交通自动化、机器人与智能制造等为代表的科技创新正在改变世界的技术发展方向、产业竞争格局与社会组织结构，这一交错融合的科技浪潮引起了制造模式、生活方式、军事作战形态等的变化[8]。制造业数字化、网络化、智能化（即智能制造）是这一轮工业革命的核心。而智能制造的关键环节就是机器人，它将替代人力最终实现“无人工厂”。信息与互联网、新材料与新能源、自动化与人工智能等技术发展以及多学科前沿交叉理论与技术进步，必将拓展机器人的应用领域，并衍生出与机器人相关的新概念、新理论和新方法。