機器人技術能否重振美國製造業？

【編者按】川普上台之後，明確表示將重振美國製造業，增加美國本土就業崗位。與此同時，不少科技公司紛紛回應要將部分工廠遷回美國。而在當下的製造業中，機器人已經扮演了重要角色，它能夠極大提升製造業的生產效率。那麼，機器人將對於美國製造業將帶來哪些變化呢？

本文轉載自美國國家科學基金會，機器人圈翻譯，翻譯作者盧川；由億歐編輯，供行業內人士參考。

美國聯邦政府相信對製造產業的投資能夠振興美國製造行業。

將美國國家資源的一小部分投入到製造業將獲得極高的性價比，並且資源的高效生產將使美國的消費者受益，並可支持在美國這個重要經濟領域數百萬計的員工。這能確保美國在能達到退休年齡的工作人員比例逐年減少的情況下仍能保持經濟的增長。製造業的研究與發展也會使衛生保健、農業及交通運輸業受益，並且加強美國的資源、國防及能源安全。在未來五十年，由此產生的一系列研究活動將大大提高「美國製造」的質量並且提升生產力。這一戰略已經體現在美國政府主導的「先進位造夥伴關係」（AMP）與「國家製造業創新網路」（NNMI）計劃中。

機器人技術是一個可以徹底改變製造業的關鍵性革命技術。美國的工人已經不再嚮往工廠中的低端工作，同時由於社保及醫療保險費用的增加，美國工人的人工成本也開始增加。即使我們能夠負擔工人的人工成本，小型的、複雜的生命周期較短的工業機器人產品依然需要擴大其適應性、精度、可靠性等能夠超越人類工人的技能。先進的機器人及生產自動化能夠：

1）保持本國知識產權及物質財富，否則其將選擇離岸生產；

2）使製造業公司更具競爭力；

3）能夠提供開發、生產、維護及培訓機器人的相關崗位；

4）允許工廠使用機器人團隊，利用人類與機器人的不同技能優勢（人類的智慧與靈巧，機器人的精度、強度及可重複性）；

5）能夠改善工作條件同時減少昂貴的醫療費用；

6）減少成品製造時間，使製造商更能配合零售商需求的變化。

切實有效地使用機器人將會增加美國人民的就業機會、提高相關工作的質量，提升美國在全球的競爭力。基於以上優勢，NCR、思科、蘋果、聯想、特斯拉等公司已經將它們新的工廠設置在美國境內。它們期望利用機器人技術及自動化技術支持其公司繼續蓬勃發展。

本文總結了製造與自動化機器人技術研討會的相關活動和結論，由美國國家科學基金會支持的「Robotics-VO」組織贊助了該研討會。該研討會是更新《美國機器人路線圖：從網路到機器人》的五個研討會其中之一。該研討會的內容是根據過去的四、五年中機器人領域的發展不斷更新路線圖。在報告中提出的研究計劃將顯著增強美國的製造業經濟，將有利於形成一個受過良好訓練的並具有高超技術的生產線，創造新的就業機會，並且將在美國經濟的再次崛起起到重要的作用。

在這裡，「自動化」和「機器人」都有特定的含義。根據電子和電機工程研究所機器人和自動化學會的定義，機器人技術主要指裝配有感測器和促動器的系統，能夠自動化或者半自動化地和人類進行合作。機器人的研究強調應對無條理環境的智能性和適應性，而自動化的研究主要針對有條理的，有明確結構的環境中長時間工作的自動化系統的效率，生產力，質量和可靠性。

我們的目標有兩個層面：第一，揭示機器人和自動化技術在美國製造業中的策略重要性；第二，提出能夠使用機器人和自動化技術提高生產力的案例。

經濟驅動力

上世紀經濟發展的基礎來自於工業化，而核心就在於製造業。製造業部分提供了12%的美國GDP和9%的總就業。美國總出口的70%也歸功於製造業。因此，製造業代表了國家整體健康經濟的重要環節。在製造業當中，機器人產業總值達到了八十億美元，並以每年9%穩定增長。這個核心的機器人工業受到了製造業的大力支持，例如提供儀器，附屬的自動化設施以及系統的整合，一共貢獻了300億美元的工業總值。

在過去30年裡，美國的製造業經濟產生了深遠的變化。除了對加拿大，，墨西哥和日本顯著的貿易逆差，製造業仍舊是美國經濟的主要部分。製造業包含了所有物品的生產製造，從消費電子到工業設備，貢獻了12%的美國GDP和9%的就業。美國製造業生產力超越了主要的競爭對手。在所有國家中，無論是單位時間和單位員工的平均生產力，美國都處於第一位。美國人均生產力持續增長，在過去三十年裡生產力翻倍。實際上，正是不斷提高的生產力使得美國製造業在經濟衰退中保持競爭力，並在面對其他快速增長的經濟體，例如和印度時復甦。生產力的增長和效率主要歸功於技術的革新和其在產品設計以及生產過程中的應用。目前，被認為是製造業的領頭羊，但是預計在2020年，美國製造業在產值和生產力方面都將超越。

然而，這種關係會一直變化。潛在的國外競爭者正在開展改善製造業過程的基礎研究和教育。另一方面，美國製造業的成果也在被用於科學研究，在過去十年時間裡保持著穩定的進展。在這段時間裡，美國製造業用於投資及開發的資金基本沒有變化，而在全球視角下，美國總的研究發展經費已經下降至只有30%。有時候，我們的外國競爭對手用同樣的創新技術，但是用很少的勞動力成本來削弱美國的統治地位，所以美國製造業面臨著越來越大壓力。美國的工業產品貿易差額以每十年500億美元的速度下降。此外，隨著人口老齡化，工人的數量也在急劇減少。樂觀估計，到2050年，每兩位工人就要供養一位退休工人。所以，機器人工人必須滿足人類工人數量減少的同時增加工業生產力的要求。最後，機器人與自動化技術的巨大進步將會是下一代高附加值產品的關鍵。依靠先進感測器與微電子的納米尺度嵌入式計算機產業不再是勞動密集型產業能夠勝任的。

反觀、韓國、日本以及印度，正大力投資於高等教育與研究機構。印度與都正在有系統地召回他們在美國培養的科學家與工程師。美國的競爭者們還在機器人技術和與製造相關的特定領域開始動搖美國的主導地位。韓國每年投資1億美元，連續投資十年(2002-2012)至機器人技術研究與教育相關項目。歐盟投入了超過6億美元用於研發機器人技術及其認知系統，並且另外撥款9億美元至與製造業機器人相關的地平線計劃。日本也將在未來十年之內投入三億五千萬美元至仿人類機器人、服務機器人研發，並且宣布將在未來5年投入10億美元使日本成為工業機器人技術的全球領導者。與上述國家投資額度相比，美國聯邦政府投資的資金是非常不足的。

並且，機器人技術對於自動化物流也具有重要意義。亞馬遜在2012年花了7億美元收購Kiva Systems公司，使它能夠將最好的技術用於資料庫自動化。此外，蘋果和聯想在使用機器人系統之後已經不將亞洲作為其降低生產成本的第一選擇。在過去的十年裡，工人的工資增幅為340%，而美國工人的工資增長則低得多。此外，特斯拉公司在加利福尼亞州開設了一個製造可代用燃料汽車的工廠，它應用了高度的自動化，這使它能繼續在美國生存。

經濟增長領域

美國商務部與美國競爭力委員會分析了大量的公司及其綜合年增長率，各主要工業行業分類數據如下表所示。

製造業目前的增長領域包括物流、物料搬運以及機器人技術。鑒於製造業的重要性，考慮如何利用機器人等技術增強美國製造業是非常有必要的。

機器人技術的消費化

許多先進技術都已證明，一旦技術被引入廣闊的消費市場，一定會引起創新的增加與成本的降低。最顯著的例子就是個人計算機與移動通訊的出現。這兩種技術最初都是因為企業的需要而進行研發。一旦這些技術被引入消費市場，企業投入的研發金額便成倍增加，導致了技術的高速發展與成本的顯著降低。同時，這也刺激產生了大量新興行業與公司的建立。目前，這些行業與公司貢獻了很大比例的GDP並且正主宰著美國股市。

對機器人以及機器人相關技術市場的培育也會造成類似影響。一個簡單的例子就是微軟為家庭電腦遊戲市場開發的Kinect介面。它在語音與手勢互動方面具有優勢，使其在數量眾多的商業應用中極具賣點。機器人技術「消費化」的另一個好處就是使工人對機器人更加熟悉。當人們習慣於在生活中與機器人進行互動時，才能更加適應與機器人一起工作而不會將其視作威脅。比如，擁有iRobot公司生產的自動真空吸塵器的消費者中，有三分之二的消費者為他們的吸塵器取名字，並且有三分之一的消費者承認他們會帶上吸塵器去拜訪朋友。

製造業的前景

今天的美國製造業就像是20世紀60年代的資料庫技術，只是一個拼湊起來的解決方案，缺乏嚴格的方法論指導，無法進行科學地創新。1970年，IBM的數學家Ted Codd發明了關係代數，一個高等的數學資料庫模型。這項技術得到美國聯邦政府的資助，並最終成長為如今140億美元的資料庫產業。如果能夠發展出類似的模型，製造業將極大地受益。就像將兩個數字相加的方法並不依賴於你所使用的鉛筆，製造業的抽象模型也應該與產品是被單一地製造出來還是由生產線組裝生產完全無關。

另一個例子是圖靈機，由阿蘭•圖靈於20世紀30年代發明的一個高等抽象模型，從而確立了如今高科技產業的數學與科學基礎。與圖靈機類比，製造業的抽象模型也將為設計、自動化以及製造業帶來巨大的回報。目前，計算機領域與信息科學的發展使將物理製造過程模型化、以及使研究人員「將圖靈機帶進位造業」成為可能。其最終的結果，則會像資料庫及計算機一樣，使美國製造業所生產的產品具有更高的質量、更好的可靠性、更低的成本以及更快地進行交付。

通過改進機器人技術和培養高素質的工作人員，可以更加高效的應用機器人技術，這將提高美國就業和全球競爭力。傳統的流水線工人目前已到即將退休的年齡，他們還沒有接受使用機器人技術進行工作的訓練，並且其保險及醫療成本也在逐年增加。即便能夠負擔用工成本，生產下一代小型化、複雜化工業產品所需要的適應性、精確度以及可靠性都已超出了工人的能力。在製造業中廣泛地引入先進的機器人技術與自動化技術將會：

1）掌握知識產權與財富；

2）使公司更具競爭力；

3）在機器人研發、製造、維護及訓練領域創造就業崗位；

4）工廠可以雇傭人-機混合團隊以充分利用彼此的技能與優勢（比如人類跟善於處置突發事件以保障生產線的運行，而機器人長於完成精確性及重複性高的工作並且能夠舉起沉重的物件）；

5）減少昂貴的醫療問題（如腕管綜合症、背部受傷、燒傷以及吸入有毒氣體及蒸汽造成的損傷）；

6）縮短製造成品的交貨時間，使系統更加適應零售商的需求變化。

在製造業上進行投資可以重振美國製造業。將國家的小部分資源投入到經濟高效資源節約型的製造業中，能夠使美國的消費者受益並且支持在這一重要經濟領域工作的數百萬工人。上述投資還能惠及醫療保健、農業以及交通運輸業，同時能夠增強國家在國防、能源及安全方面的資源建設。在未來五十年，由研究產生的一系列有利結果將極大地提高「美國製造」的質量，並且使美國製造業蒸蒸日上。