「工業4.0」，從開放式機器人控制系統說開去

2012年，美國提出「工業互聯網」；2013年，德國提出「工業4.0」；2015年，中國提出「中國製造2025」。近幾年，許多國家或組織對未來的工業發展都相繼制定了規劃藍圖，並且，這些藍圖都從本質上都指出了未來工業製造的發展趨勢，即更加突出自動化、信息化和智能化。

機器人作為工業製造的重要參與者，其發展越來越受到世界各國的高度關注，主要經濟體紛紛將發展機器人產業上升為國家戰略，並以此作為保持和重獲製造業競爭優勢的重要手段。美國2013年發布了機器人發展路線報告，將現今的機器人與上世紀互聯網定位於同等重要的地位。機器人將影響人類生活和經濟社會發展的各個方面，並被列為美國實現製造業變革、促進經濟發展的核心技術。2014年，歐盟啟動了全球最大的民用機器人研發計劃「SPARC」，根據該計劃，到2020年歐委會將投資7億歐元，euRobotics協會將投資21億歐元推動機器人研發，研發內容包括機器人在製造業、農業、健康、交通、安全和家庭等各領域的應用。事實上，德國的「工業4.0」計劃，也將智能機器人和智能製造技術作為迎接新工業革命的切入點。近觀亞洲，機器人技術較強的日本也制定了機器人技術長期發展戰略，將機器人產業作為「新產業發展戰略」中7大重點扶持的產業之一。韓國也於2010年發布了「機器人未來戰略展望2022」，將政策焦點放在了擴大韓國機器人產業並支持國內機器人企業進軍海外市場等方面。2014年，工業機器人在中國的銷售量約3.7萬台，銷售量全球排名第一，中國開始成為最大的機器人消費國。

「工業4.0」強調的是自動化與信息化的相互融合，而工業機器人作為自動化製造過程中的重要參與者，其自動化和信息化水平將直接影響著工業製造的自動化和信息化水平。工業製造信息化水平的提高，將改變產品的生產模式，從原來的C2C（Company to Compay，企業到企業）模式到未來的C2C（Customer to Company，客戶到企業）模式，即用戶可以直接面向企業來個性化定製產品，在很大程度上提高工業製造的柔性，優化和平衡企業與客戶之間的供需關係，而信息化水平的提高勢必要求有強大的信息交互與數據處理來作為支撐。

而當前的機器人所採用的控制系統基本上都是封閉式或半封閉式，即開發者根據自己機器人的特定結構，採用專用計算機、專用機器人語言、專用操作系統進行開發，用戶很難根據自己的需求進行二次開發或功能擴展。這樣的機器人控制系統開放性差，網路功能弱，各廠家的產品不兼容，很難滿足「工業4.0」對信息化提出的要求。

另一方面，隨著工業產品的工藝複雜程度和精度要求的提高，機器人應用場所和應用需求的越來越複雜和苛刻，機器人的計算平台已經不僅僅局限於傳統的PC平台、嵌入式平台，而擴展到智能手機、平板電腦等移動設備；機器人配備的感測器從簡單的光電開關、觸碰開關，發展到觸覺、聲覺、視覺等高端感測器。機器人伺服系統與控制系統之間的通信方式也由原來的「脈衝+方向」的通信線纜，發展到通信更高效、通信數據量更大的各種現場匯流排。機器人控制系統正在朝著開放化的方向發展。

開放式的機器人控制系統強調可擴展性、可移植性、可裁剪性和互操作性。用戶和企業可以自行擴展和裁剪系統功能模塊，以適應不同應用下的功能和性能需求；可以移植到不同操作系統和平台，並且保持原有的功能；可以與外部其他系統進行數據甚至操作的交互。所以，開放式機器人控制系統滿足「工業4.0」的發展要求，能夠很好的解決當前機器人控制系統信息化程度低的問題。

事實上，「開放式機器人控制系統」並不是的一個新概念，國內外一些自動化企業和高校很早就開始著手研究。研究最多的是基於PC的開放式機器人控制系統，利用PC強大的硬體和軟體功能，對PC進行實時性改造，將機器人控制軟體和系統管理管理軟體都運行在PC上，這種實現方式也就是普通意義的全軟體型控制。

「工業4.0」的最顯著特點是智能化生產，其核心是信息物理系統（CPS）的深度融合，智能化生產模式將從大規模定製向個性化定製轉變，而機器人作為智能生產的重要一環，其開放性將會受到越來越多的關注。

知乎專欄：機器人技術與發展