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科技前沿:
自动化/机器人技术

过去 10 年机器人技术的变化,已经提高了机器人的灵活性、降低了机器人的成本并扩大了潜在的市场规模,使新一代机器人的出现成为可能。

自从18 世纪后期英国出现机械化纺车从而开启了工业革命以来,工厂自动化历时已久。20 世纪 60 年代自动化行业发明了第一台机器人,自那时起,自动化制造商及其供应商成为机器人的最大商业用户。然而,最近十年以来,科技进步使机器人能够解决更多行业的更多需求。

已经发生的变化

机器人以前存在的最大问题是成本高昂、不能灵活地执行新任务或者适应当前工作中的变化。过去 10 年,机器人技术发生了三大变化,即提高了机器人的灵活性、降低了成本并扩大了潜在的市场规模。

首先,以前为智能手机和视频游戏开发的成套传感器已适用于机器人技术。这些行业的规模使其能够通过较小规模的机器人技术行业自身无法实现的大批量生产对快速发展的技术进行投资并降低成本。总体而言,传感器的价格经历了全面降价,有些类型的传感器,例如图像传感器,价格降低了 100 倍。这些低成本传感器使机器人能够感知它们的环境,根本上改变机器人与周边环境的交互方式。在此之前,机器人只能执行那些要求精确编排好每次和每项重复步骤的简单重复性任务。传感器的感知功能现在能使机器人实时动态地调整,以适应偏离常轨的情况(例如,某个部分错位或不在适当的位置)。

其次,涉及使机器人可以执行预期任务的编程和装备配置的集成,以往的成本是实体机器人的两到三倍,而且需要几个月时间才能完成。这些高昂的设置成本使机器人难以大规模生产,而较长的产品周期也很难使得设置成本在众多单位间分摊。软件的进步目前正在改变这种情况。最新的机器人软件简化了使机器人可以执行特定任务所需的编程。以往,机器人编程需要一位工程师或计算机科学家耗费一个月的时间;现在,公司可以采用最新的软件,使用技能水平较低的工人,采用一两种方法就可以完成机器人编程。此外,软件与传感器结合可以侦测到机器人周围是否有人,从而调整机器人的行为,确保人类安全。这有效地降低了集成程序所需的安全设备数量(例如隔离罩)。

再次,经过改进的低成本抓手不断增加了机器人可以利用的应用程序数量。抓手的 3D 打印和标准化部件使低成本小批量生产成为可能。结合就适当操作某个物体所需的力量提供反馈的传感器,新一代抓手比前期产品更加灵活,可以执行范围更广的任务。

它为什么具有颠覆性

总体而言,这三方面的发展降低了机器人的设置成本并扩大了潜在的市场规模,而不是局限于在很小的变化幅度内大量生产产品。它们确保可以生产适用于更广泛终端市场的新型机器人。例如,10 年前还未出现的协作机器人现在已成为机器人技术市场增速最快的细分市场,2017 年增幅达 70%以上。协作机器人被用于与人一起工作,而不是置于防护罩中。它们成本低并便于操作,尽管存在不能提升重物的限制,也正在激发广泛应用。它们的客户大多是以前没有采用机器人技术的中型公司。

除协作机器人以外,我们将看到可以在任何地方(包括工厂和医院)从事运送交付自主移动机器人。这种新一代的机器人使用传感器技术和地图导航,而不是依赖建造费用高昂、使它们难以装配进现有程序的外部导航。

在医学领域,我们已经见证了机器人协助的外科手术正在增多,这种机器人系统使得外科医生可以通过很小的切口完成手术。过去十年中,采用这种系统实施的机器人协助外科手术数量增长六倍多。推动这种趋势的因素是,机器人更高的精度和控制水平改善了外科手术的效果。这两大优势的显现得益于软件、传感器和抓手方面的改进。这些机器人系统为外科医生提供外科领域的 3D 视图,并将外科医生对控制器的移动转化为机器人手臂的适当比例移动。手臂末端名为 Endo-wrists 的抓手与人类手腕相比动作的范围更大,可以使它们执行采用传统方法不能执行的任务。

由于机器人技术的发展突破了它在制造业的传统范围,物流已成为最快采用机器人的新行业之一。截至 2017 年,只有 5% 的仓储和配送中心 (DC) 可称得上“高度自动化”。5在传统的 DC 中,分拣人员每天需行走 12 至 15 英里,以便在设施的货架上检索商品,完成他们拣货、打包的订单并向最终消费者发货。从用工的角度看,这种方式效率低下,而且公司通常遭受拣货人员流失率高的情况,因为拣货人员不喜欢这种身体压力和单调的工作性质。

2012 年,美国最大的网上零售商以 7.75 亿美元收购了一个领先的移动机器人物流实施系统公司。采用它们的系统,DC 中的商品现在可存放在移动式机器人模式的货架上。与拣货人员走到商品所在位置并找到商品相反,这些移动式机器人运载着所需的商品走向拣货人员面前。这种安排有几大好处:它加快了履行时间,提高了拣货人员的工作满意度,并减少了 DC 所需的面积。这家在线零售商预计这些好处已经使其自动化 DC 的运营成本降低了约 20%。

将来,这些技术(经过改进的抓手、传感器和软件)有可能产生新的应用,例如拣货和筛选应用,由此进一步扩大潜在的市场规模。目前,机器人在区别体积、形状和颜色方面尚有困难。改善视觉能力可以解决这项挑战。结合经过改进的抓手,机器人可以着手挑拣货箱,从而扩大它们在物流等流域内的应用范围。

通过提高工人生产率,机器人技术可以降低很多行业的人工成本,特别是制造业。当人工成本不再是考虑的重点时,在哪里办厂的决策程序会发生变化。在本世纪初,有许多工厂迁至亚洲,目的是利用人工成本低的优势。目前,采用经过改进的机器人的公司可以基于其他因素决定工厂的位置。例如,工厂可位于靠近最终消费者的地方,使前置时间缩短,更快地更改设计以应对市场趋势,降低运输费用,并减少库存占用的营运资本。使生产靠近工程师可以提高创新能力,并能更好地控制知识产权。公司还可以利用更有利的监管环境或低税率制度确定工厂的位置。    

挑战

提高机器人技术应用范围所面临的一大威胁是监管的加强。其中的一大关切是,机器人可能减少工作机会。最近,已出现要征收“机器人税”的传言。支持者认为这项税收将抵消大幅自动化带来的社会影响,包括失业和丧失税收收入。另一种说法是,自工业革命以来,自动化的程度几乎在不断提高,人们已经适应这些变化。在 1900 年代,38% 的美国人口从事农业。现在从事农业的人口低于 2%,而总体失业率仍低于 4% 。

结论

尽管机器人自 20 世纪 60 年代起盛行,目前机器人正处于快速发展的期间。这些进步使机器人能够突破以前在汽车行业的市场领域,进入消费电子产品、物流甚至是服务等行业。未来,可以采用机器人技术实现自动化的工作数量只可能增加。我们将持续关注这些变化,以确定机器人技术对投资机会的长期影响。

*此文翻译自morganstanley.com,如有歧义,请以英文原版为准。