AI大模型与工业机器人【AI知识库】

  以大模型为代表的人工智能引发的新一轮科技革命和产业变革正向纵深发展，千行百业将面临巨大的机遇和颠覆性的挑战。其中，在工业领域，AI是推进新型工业化的关键变量，工业大模型的落地生根将为制造企业探索新型工业化提供全新路径。未来。AI大模型获或将重塑全球制造业竞争格局的新起点。无论是何种形态的机器人、无论是何种形态的终端，其核心竞争力可能就在于它是被什么样智力水平的大模型所驱动。本文探讨了工业机器人的基础概念、它与大模型之间的相互关系，以及生成代码在工业领域的应用能带来什么样的市场影响。

  根据国际标准化组织（ISO）定义，工业机器人是能自动化控制的、可重复编程的多功能机械执行机构，具有三个及以上的关节轴、能够借助编制的程序处理各种工业自动化的应用。目前，工业机器人的种类大致可分为6种：

  - 极坐标型机器人：在初期广泛普及，像炮台一样在台座的中心部位设置旋转轴，机械臂上下旋转+伸缩进行作业。早期活跃在舞台上的还有与该款相似的“”。

  - 圆柱坐标型机器人：同样在早期活跃在机器人舞台上，以旋转轴为中心，采用可上下移动+伸缩的机械臂机构。

  - 直角坐标型机器人：不使用旋转轴，通过纵×横×高三个方向正交的滑动来实现三维运动。安装面积变大，结构却较为简单，易于控制。

  - 垂直多关节型机器人：目前应用最为广泛，由具有多个像人类手臂一样的关节（=轴）的机械臂+旋转轴构成，活跃于焊接、码垛、组装等各类用途中。

  - 水平多关节型机器人：由水平方向的旋转轴和垂直方向的直线轴构成。由于上下运动的前端部分向水平方向挪动，适合在高度稳定的工作台上的作业。

  - 并联型机器人：最擅长快速作业，通过以并列（并行）的方式配置的多个关节控制前端，实现高速且精密的动作，用于抓取传送带上的流动轻量工件等。

  近年来，随工业自动化需求日益高涨，全球工业机器人销量及销售额持续增长。根据国际机器人联合会发布的《2023世界机器人报告》，2022年全球工业机器人销量连续第二年突破50万台，同比增长5%。中国是全球最大的机器人市场，2022年中国市场工业机器人销量占全球一半以上。国际机器人联合会预计，到2024年全球机器人市场规模将达到660亿美元。

  目前，全球工业机器人的需求市场大多分布在在制造业规模大、自动化水平相比来说较高的国家。全球70%以上的工业机器人部署在中国、日本、美国、韩国和德国。2022年，这五大市场工业机器人销量占全球的79.1%。国际机器人联合会的报告数据显示，2022年度全球工厂中新安装工业机器人数量为55.3万台，其中亚洲占73%，欧洲占15%，美洲占10%。从行业结构看，全球工业机器人的需求半数以上来自汽车行业和电气电子行业。此外，工业机器人也大量应用于食品、医药等行业的生产线上，通过提高生产效率和准确性，帮企业减少相关成本、提升竞争力。

  随着新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，人工智能、传感等新一代数字技术与机器人产业加快融合，推动了机器人产业技术创新的步伐，使原有应用领域的机器人性能更强，也开拓了新的应用领域。中国社会科学院中国式现代化研究院研究员李晓华对记者表示，早期的工业机器人主要替代工人的重体力劳动或从事恶劣环境下的工作，例如在汽车制造、船舶制造、化工等领域，从事搬运、上下料、焊接、喷涂等工作。在人工智能技术的发展下，工业机器人的应用领域开始扩展到计算机、通信和消费类电子科技类产品等产业中的高精度场景。

  一方面，互联机器人正在改变制造业，更加全面的地融入互联数字生态系统，并作为一个重要部分运行。在数字技术进步的推动下，机器人供应商与系统集成商正在积极提供新的应用程序并改进现有应用程序的速度和质量。另一方面，工业机器人也成为了新兴技术的重要载体和平台，成为AI、云计算、大数据等新一代数字技术在制造环节应用的前提和基础。工业机器人在应对复杂环境、稳定精细操作、不间断工作和实现信息相互连通等方面优势突出，未来发展前途巨大。

  具体而言，AI大模型的核心价值是能够让人与设备实现自然语言层面的交互。一方面，生成式AI以及大模型技术能大幅度提高工业机器人的自主能力和认知能力，解决复杂场景的应用难题。另一方面，工业机器人的使用门槛也可以大大降低，同时吸引更多高端人才涌入这个创新赛道，激发产业高质量发展。与此同时，AI大模型还有望提升提升中国本土工业机器人厂商在全球市场的核心竞争力，在产业未来发展上争夺更多话语权。随着AI大模型向多模态方向进化发展，未来工业机器人还可能实现语音、视频等层面的交互，甚至是设备与环境之间的交互，打破原有的应用边界，让其走进更多的工业场景。

  以码垛为例，对大多数工业搬运场景而言，码垛是一个避不开、绕不过的难题。在AI大模型和工业机器人的相互赋能下，这项工作只需要三步即可完成：

  -首先是行业专家创建场景描述、SOP工艺流程、机器人API文档及参考代码等场景知识库，让大模型可以自动获取对应场景的知识。

  -随后工作人员通过自然语言提出任务需求，大模型自动生成执行代码，只需微调即可使用。

  -最后现场的工人师傅只要点击“开始启动”按键，大模型就能自动计算出不同货箱的位置，工业机器人即可自动完成码垛。

  可以说，通用大模型就像一个工业机器人的优秀工作助理，基于庞大的互联网公开数据训练，解决日常场景中80%的常规问题。不过由于数据零散分布在所有的环节中，且工艺流程特殊，因此就需要加强在垂直领域的专门训练，才能更好地去解决剩下20%的专业问题。

  根据国际机器人联合会的最新数据，2023年全球工业机器人销量有望突破59万台。预计2023至2026年，由于企业越来越倾向于利用先进机器人技术优化生产流程，提高生产效率和产品质量，全球工业机器人市场的年均复合增长率将达到7%，预计销量将增至71.8万台，全球机器人市场将保持良好的增长趋势。疫情后时代，随着全球经济的逐渐恢复，发达国家用工成本提高、机器人易用性及配置效率提升，未来各国将更加重视机器人产业。

  其中，中国是全球最大的机器人市场。中国市场制造业待开发的行业和应用场景较多，未来机器人渗透空间较大，中国仍将起到全球机器人增长的支撑作用。多个方面数据显示，目前工业机器人应用已覆盖中国国民经济60个行业大类、168个行业中类，中国连续10年成为全世界最大工业机器人市场。2022年，中国工业机器人产量达到44.3万套，同比增长超过20%，装机量占全球比重超过50%。根据国际机器人联合会的数据，2022年中国安装了约29万台工业机器人，同比增长5%。

  近年来，阿西布朗勃法瑞公司（ABB）、发那科、安川电机等全球知名机器人企业纷纷进入中国市场。2022年12月，ABB机器人超级工厂在上海市浦东新区正式落成投产，成为ABB在全球顶级规模的机器人研发、生产和应用基地。2022年，中国工业机器人市场占据了全球市场的52%。需要我们来关注的是，最近10年来，中国自主生产的工业机器人数量迅速增加，“几乎超过一半的经济领域都有自主品牌机器人的应用。”中国机械工业联合会机器人分会副秘书长陈丹对记者表示。

  不仅如此，随着中国工业机器人行业加快速度进行发展，慢慢的变多的国产工业机器人企业加速出海。国际机器人联合会多个方面数据显示，2023年中国工业机器人出口量再创新高，达到11.83万台。海外热销机器人产品主要使用在于家电制造、汽车制造、通信电子、物流仓储等行业。另外在半导体、新能源行业的应用增长较快。中国机器人在应用场景、实践场景方面的优势为出海合作打下了坚实的基础。

  然而，中国规模以上企业工业机器人产量增速分别为-4.8%和-2.2%，与欣欣向荣的市场盛况形成了鲜明对比。由于成本高昂、灵活性不足、安全难保障、专业人才少等限制，中国本土工业机器人的应用空间可以说仍未被完全释放。因此，AI大模型的发展或将成为本土工业机器人破局的关键。

  清华大学人工智能国际治理研究院（Institute for AI International Governance, Tsinghua University，THU I-AIIG）是2020年4月由清华大学成立的校级科研机构。依托清华大学在AI与国际治理方面的已有积累和跨学科优势，研究院面向人工智能国际治理重大理论问题及政策需求开展研究，致力于提升清华在该领域的全球学术影响力和政策引领作用，为中国热情参加人工智能国际治理提供智力支撑。