關(guān)于我國機器人標準化的思考

關(guān)于我國機器人標準化的思考

1完成某項任務的邏輯順序從工業(yè)和工業(yè)的發(fā)展過程、實際情況和未來趨勢來看，機器人不一定是人類（或動物）的形式，而需要具有人化（或動物）的行為特征。根據(jù)特定的邏輯規(guī)律，完成一項任務并以一定程度上完成一些任務。機器人在不同的發(fā)展時期,有著不同的動作特征與動作能力,所遵循的邏輯規(guī)律也大不相同?！案兄季S/判斷/決策/學習—執(zhí)行”是人類完成某項任務所遵循的基本邏輯規(guī)律,也是現(xiàn)代與未來機器人追求的最高境界。在很長的發(fā)展歷史中,機器人只具備人的動作特征,而沒有思維與學習能力。機器人都需要動力驅(qū)動,不論是何種動力源。2基于世代分類的機器人從機器人發(fā)展的迭代狀況看,到目前為止,筆者認為機器人可有四種類型(四次迭代——對應于四個發(fā)展階段)。2.1作指令的機械裝置該類機器人依賴于機械原理、機械結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)其動作,完成既定任務。其動作方式、軌跡、幅度、頻率等要素都是不變的,且動作指令是機械結(jié)構(gòu)本身“發(fā)出”的。由齒輪、凸輪、杠桿、彈簧、滑軌、皮帶等機械部件的組合并配合機器的主體而完成某些任務。該類機器人僅是在機械結(jié)構(gòu)的約束下完成某項任務,沒有形成相應的邏輯規(guī)律。當前仍能看到此類機器人(機械裝置),只是已經(jīng)忽略了它們的機器人身份。如:以發(fā)條為動力的八音盒、以重錘為動力的座鐘(尤其是其上的自動報時裝置,更具機器人特征)。2.2機器人的工作原理電機技術(shù)、液壓技術(shù)的應用,使得機器人進入了機電型階段。機器人的動作指令不再僅依賴于機械原理和機械結(jié)構(gòu),從而使機器人的動作更復雜細膩、功能更強大多變、應用更廣泛多樣,且更加容易完成某項任務。僅就它的“人”的含義而言,該類機器人相對于純機械型機器人沒有本質(zhì)的突破,只是在動力源上有了重大改變、在動作能力上有了大幅提升。因此嚴格意義上,機電型機器人不是完整意義的一次迭代,他是第一代機器人的加強版,是第一代和第三代機器人的過渡。2.3程序法上的機器人在機電型機器人基礎(chǔ)上,電氣技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展與大規(guī)模應用,使得機器人可以按照事前編排的程序(而不僅是依賴機械結(jié)構(gòu))而工作。繼電器、電容器、電阻器、開關(guān)、電子管、晶體管、計算機、微處理器、集成電路、各類電機、各類液壓組件及軟件等組合并配合機器的主體而實現(xiàn)規(guī)定的動作。僅就它的“人”的含義而言,此類機器人相對機電型機器人有了質(zhì)的變化,具備了“感知”、“思維/判斷”的能力,從而形成了在完成與某項任務時的“感知—思維/判斷—執(zhí)行”的邏輯規(guī)律。資料顯示的上世紀50年代出現(xiàn)的所謂第一臺工業(yè)機器人,以及直至今日的大部分工業(yè)機器人,都屬此類——他們都生于和發(fā)展于工業(yè)自動化時代。程控機器人在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展數(shù)十年,多集中于工業(yè)領(lǐng)域和特殊行業(yè),相應的標準化工作也有所布局。程控機器人的發(fā)展,沒有遇到今天這樣的產(chǎn)業(yè)環(huán)境,沒有受到今天這樣的廣泛關(guān)注。因此,容易給人帶來一種錯覺——似乎機器人產(chǎn)業(yè)是從今天才開始的。這很不公平,也不符合實際。今天上至國家戰(zhàn)略,下至企業(yè)創(chuàng)新都在大作特作機器人的文章,但絕不能忽略已經(jīng)發(fā)展數(shù)十年的程控機器人產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)業(yè)成果,決不能忘記程控機器人為當前和下一代機器人的發(fā)展打下的堅實基礎(chǔ),決不能忽視程控機器人仍是發(fā)展中的智能型機器人主體的一部分。實際上,程控機器人仍是當前機器人產(chǎn)業(yè)及其應用市場的主力軍。2.4智能機器人力學性能此類機器人在程控機器人基礎(chǔ)上,增加了類人化的自主思維和學習的能力。在完成某項任務時,可以完整遵循“感知—思維/判斷/決策/學習—執(zhí)行”的邏輯規(guī)律,且在感知、判斷/決策、執(zhí)行的方式方法、能力水平上也因新技術(shù)的引入而大幅提高。其中的學習,包括學習的過程和學習結(jié)果的輸出,如記憶、信息獲取與利用、提供用于“判斷/決策”的新的線索或依據(jù),學習的結(jié)果還可提高或完善自身“感知、思維/判斷/決策/(再)學習、執(zhí)行的能力等。智能機器人的每個動作,都可能存在一個或多個“感知—思維/判斷/決策/學習”的閉環(huán)過程。智能機器人的動作方式、軌跡、幅度、頻率等不再是固定的,不再僅聽命于控制單元的指令,而是可在一定范圍內(nèi)自主改變,在一定環(huán)境條件下自主調(diào)整與適應。智能機器人還應有與外界“互聯(lián)互通”的特性和能力。僅就它的“人”的含義而言,此類機器人相對程控機器人又有了新的質(zhì)的變化,更加“像”人了。從這樣的分類看去,我們所習慣稱謂的“機器人”,在嚴肅和規(guī)范的情境下,宜在其之前附加“程控”、“智能”等前綴方嚴謹。智能機器人應該是我們目前重點關(guān)注、研究和發(fā)展的對象。但目前,在這方面的產(chǎn)業(yè)化或標準化,都還處于初始階段和基礎(chǔ)相對薄弱的狀態(tài)。即使重點發(fā)展智能機器人產(chǎn)業(yè),也不能疏于對程控機器人產(chǎn)業(yè)化與標準化的繼續(xù)研究和推動,不能疏于對程控機器人關(guān)鍵技術(shù)、核心部件(材料)產(chǎn)業(yè)化與標準化的繼續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新。程控機器人與智能型機器人,是后者繼承前者并依托前者而發(fā)展的關(guān)系。通俗的講,程控機器人與智能機器人的核心差別,只是后者比前者多了一個大腦。只有聰明的大腦而沒有靈活的四肢的人,稱不上是一個健全的人。3標準體系構(gòu)建有助于各類標準化對象的合理分類當前,機器人領(lǐng)域的標準化工作,包括標準體系構(gòu)建,以機器人的用途為分類依據(jù)的趨勢已經(jīng)形成。國際機器人聯(lián)合會(IFR)及其他國際標準化組織,通常把機器人分為工業(yè)機器人和服務機器人兩類;而將服務機器人又分為個人/家庭服務機器人和特種服務機器人(或?qū)I(yè)服務機器人),見圖1。所謂“工業(yè)機器人”指的是,直接為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)服務的機器人,如生產(chǎn)線上的機械手等。所謂“個人/家庭服務機器人”指的是,服務于家庭生活或面向個人提供服務的機器人,如掃地機器人、導盲機器人等。所謂“特種服務機器人”指的是,用于特殊場合和特殊工作條件下工作的機器人,如排爆、水下搜尋等。在構(gòu)建標準體系的過程中,對標準化對象進行科學合理的分類,有助于厘清不同標準化對象的關(guān)系和邊界,有助于明確現(xiàn)有各個領(lǐng)域標準化職能部門的任務和職責,有助于促進各類標準化對象對應產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展和相互支持。在按照用途對機器人分類時,我國是否一定與國際上的分類方法嚴格對應?筆者的觀點是“無需一定”。原因在于我國標準化管理體制有其獨特性,當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀態(tài)與未來發(fā)展預期也有其特殊性(此處不展開論述)。筆者認為,宜將上述分類中的“特種服務機器人”從“服務機器人”中分離出來,并改稱“特種作業(yè)機器人”(或?qū)I(yè)作業(yè)機器人),見圖2。理由是,從已知的可歸類為“特種服務機器人”,包括:海陸空勘探勘察、醫(yī)療衛(wèi)生、探險排爆、救災消防、檢測監(jiān)控等的例子看,這些用途突顯的是“作業(yè)”的含義,而少了“服務”的意味。4提出論述論述礙于筆者從業(yè)領(lǐng)域,以下主要針對服務機器人展開論述。在我的認知下,“服務機器人”可進行以下再分類:即“家用和類似用途(含個人用途)服務機器人”、“公共服務機器人”。4.1類似用途的應用所謂“家用和類似用途服務機器人”(可簡稱為“家用機器人”)與家用電器類似,其特征是:——基于家居環(huán)境而設計;——以家居環(huán)境下的人員為服務對象,且這些人員不需要具備某些專業(yè)知識和專業(yè)技能或不需要經(jīng)過專門培訓。在“類似用途”方面,其特征是:——不排除可用于與家居環(huán)境類似的如辦公室、咖啡館等公共場所等環(huán)境下;——以這一環(huán)境下的人員為服務對象,且對這些人員的要求與上述相同。如家用掃地機器人用于辦公室的清掃等。“個人服務機器人”,顧名思義是僅面向個人提供服務的機器人,其特征是:——基于單一個人獨立使用需求(不是群體需求)而設計;——使用場所既可以是家居也可以是戶外,滿足的是單一個人的某種正常需求;如導盲機器人。此類服務機器人與家用機器人在安全和使用場景以及使用方法等方面均十分相近,故可歸為一類。家用機器人的細化分類例子見圖3。4.2服務的人員和培訓所謂“公共服務機器人”是指,在公共場所使用的服務機器人。其特征是:——基于公共環(huán)境而設計;——適合在公共環(huán)境或?qū)Ｓ脠鏊?室內(nèi)或戶外、人員眾多、成份多樣等)下使用;——接受服務的人員和接受服務的方式與家用和類似用途服務機器人并無太大差別,但日常操作者/維護者通常需要具備某些專業(yè)知識和專業(yè)技能或需要經(jīng)過專門培訓;——采用有別于家居環(huán)境下的服務方式,提供有別于家居環(huán)境下所需要的服務內(nèi)容。從以上特征可以看出,公共服務機器人與家用和類似用途服務機器人應同屬一宗(相對工業(yè)機器人和特種作業(yè)機器人而言),是家用服務機器人中“類似用途”的一個應用領(lǐng)域。公共服務機器人的細化分類例子見圖3。5標準體系的結(jié)構(gòu)和與機器人的“跨界”結(jié)合某個產(chǎn)品領(lǐng)域的標準體系,大致可有以下結(jié)構(gòu):基礎(chǔ)標準、系統(tǒng)標準(尤其是機器人,不是獨立的產(chǎn)品個體,更需要系統(tǒng)支持)和產(chǎn)品標準。產(chǎn)品如何分類直接關(guān)系到產(chǎn)品標準如何設置;產(chǎn)品分類的科學合理性直接影響到產(chǎn)品標準設置的科學合理性。長期以來,我們已經(jīng)習慣了緊跟國際發(fā)展動態(tài),搬來國際上現(xiàn)成的模式用于自己的標準體系構(gòu)建,這是捷徑,但也有不妥。比如,在機器人領(lǐng)域,即使在國際標準化領(lǐng)域,也屬新興事物,相關(guān)組織的體系構(gòu)架并不健全。在國際標準化領(lǐng)域,諸如機器人這樣的新興產(chǎn)品領(lǐng)域的標準體系,往往是自下而上逐步形成的,其過程大致是,有人提議要做某個標準,有人跟隨附和,又符合本組織的定位,那就可以先做起來。做起來的標準就出現(xiàn)在了標準體系(構(gòu)架)上的某個位置,多個這種情況發(fā)生后,似乎就能看到標準體系的脈絡了,但它仍遠遠不是完全意義的標準體系,只能是現(xiàn)有標準(包括標準研制計劃)的二維化記錄。如目前ISO/TC299展現(xiàn)的有關(guān)機器人的(產(chǎn)品類別)構(gòu)架,見圖4。從圖4中可以看出,這顯然僅是ISO/TC299目前的標準化工作狀況,十分符合上述的分析,它不是ISO/TC299關(guān)于機器人標準的全部,不能作為我們構(gòu)建自己的機器人標準體系的依據(jù)。在我國,某一新興產(chǎn)品領(lǐng)域的國家標準體系,大多是自上而下形成的,即首先做出頂層設計,以確定橫向板塊和縱向板塊及它們的邏輯關(guān)系;確定縱向板塊中各個層級及它們的銜接關(guān)系;確定各層級的具體標準及各個具體標準的邊界關(guān)系。期間,也就確定了各個標準化技術(shù)機構(gòu)(TC)的任務。同時,機器人產(chǎn)業(yè)是一個跨理論學科、跨技術(shù)領(lǐng)域、跨產(chǎn)品行業(yè)、跨職能部門的“跨界”產(chǎn)業(yè),僅就標準化而言,涉及到眾多管理部門、技術(shù)機構(gòu)或行業(yè)組織,在各自職責分工的前提下,急需各負其職,又要相互協(xié)調(diào)聯(lián)動。上述特點,恰好說明事前研究機器人分類及其科學合理性的重要性和意義所在。從上述關(guān)于國內(nèi)外標準體系形成的差異來看,我國機器人的分類方法和標準體系,如果與國際標準化組織或其他國家存在一定差異應視為一種正常狀態(tài),且如果利用好我們構(gòu)建標準體系的機制優(yōu)勢,配合推進速度,還能起到影響國際標準體系沿著我們的路徑發(fā)展的作用。6有助于“機器人”標準化工作的規(guī)范化推進僅就“機器人”而言,已不是新事物,只是一直以來沒有像今天這樣被業(yè)內(nèi)外如此關(guān)注;今天熱議的“機器人”,多集中于“智能型機器人”,即使并不明白“智能”的含義和特征,也熱衷于把所做的“機器人”冠以“智能化”名頭;其實,我們未必很好的走完了“程控型機器人”階段,在這個領(lǐng)域與國際先進水平仍存有較大差距,且當前被熱推的“智能制造”、“數(shù)字工廠”等國家戰(zhàn)略級別的制造業(yè)示范工程,所需要的“機器人”并非都是“智能型機器人”。因此,對“機器人”的認知、宣傳、決策等環(huán)節(jié)上,冷靜、理智是必要的。就“機器人”的標準化而言,也不是新話題,尤其在“工業(yè)機器人”領(lǐng)域,甚至可歸為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)了,其