王天然:推开了中国工业机器人应用的大门

发布时间:2019-10-31

  2018年2月25日,2018年韩国平昌冬奥会的闭幕式上,中国最大的机器人产业基地——沈阳新松机器人自动化股份有限公司生产的24台移动机器人与24个舞蹈演员共同上演了精彩绝伦的“北京8分钟”,这场融合科技与文化的表演震撼了全世界。 

  而在同一时间,75岁的王天然坐在家中,目不转睛地盯着电视机屏幕,关注着机器人的一举一动,他十分紧张。当机器人的表演完美谢幕时,他提着的心也慢慢放下了。 

  过去的20多年里,中国工程院院士、中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称“沈自所”)研究员王天然不仅见证了这家公司的成长,更推动了中国工业机器人的发展。 

  如果说,工业机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,那么,王天然一定是缔造中国这颗明珠的关键人物。 

  自上世纪末至今的40多年里,中国工业机器人经历了从无到有、由弱渐强的翻天覆地的变化,在每一个转折性节点,几乎都与王天然有意或无意的抉择息息相关。 

  “瞎撞”撞上了工业机器人 

  当下,作为先进制造业的关键支撑装备,工业机器人的火热程度前所未有。中国自2013年以来始终保持着全球工业机器人第一大市场的地位。2018年,国产工业机器人产量已超14万台,销售额超42亿美元。 

  然而,在半个多世纪前,中国国产工业机器人的应用数量是零。直到1982年,国内首台工业机器人从沈自所诞生时,也依然无人问津。在上世纪余后的20年里,王天然带领团队唤醒了中国工业机器人的市场。 

  不过,王天然一开始的“本行”并非是工业机器人。 

  1963年,来自黑龙江省海伦县一个普通家庭的王天然高中毕业,在选择专业时偶然间看到了工业自动化的宣传页,便决定报考了哈尔滨工业大学自动控制系计算机专业。 

  在“学好数理化,走遍天下都不怕”的时代文化中,自动化可谓是足够“时髦”了。“就觉得很神秘,但这个专业很不好考。”王天然或许并未想到,这样的选择将会使他的一生与机器人紧密相连。 

  1967年,王天然大学毕业,但“文革”却来了,他被“下放”到连云港围海造田的农场开展为期一年多的劳动。直到1970年1月,王天然被分配至沈自所,时至今日从未离开过。 

  “我就是本科生,也不是硕士更不是博士。”王天然毫无隐晦,“来了就跟着课题组干活儿。” 

  上世纪七八十年代,那是国际上人工智能的“黄金十年”。1982年,在时任沈自所所长、中国工程院院士蒋新松的建议推荐下,王天然到美国拥有世界领先机器人技术的卡耐基·梅隆大学学习人工智能专家系统。该技术在当时被认为可以解决一切问题,其地位和火热程度不亚于今天的深度学习和机器学习。 

  “事实上,它并不是万能的,只能解决部分问题。就像现在人工智能一样,好像所有问题都通解了,事实不是这样的。”王天然总结着技术发展的经验教训。 

  进入卡耐基·梅隆大学之后,王天然却“撞”上了工业机器人。 

  那时,工业自动化在国际上已是潮流。世界上第一台工业机器人早在1959年由“机器人之父”约瑟夫·恩格尔伯格研制出(在美国人乔治·德沃尔的专利授权下),美国、日本、德国等发达国家也已进入工业机器人发展的鼎盛时期。 

  而对于刚刚改革开放的中国来说,百废待兴,各项事业都落后于发达国家。尽管钢铁厂、造船厂、汽车厂、机床厂正如雨后春笋般遍布全国各地,不过,“作坊式”的中国工厂还并不认识工业机器人、自动化这些“新玩意儿”。 

  而作为国内最早开展机器人研究的科研机构、“中国机器人的摇篮”的沈自所,敏锐地捕捉到了工业机器人的应用将是未来国家工业发展和科技实力竞争的重要环节。 

  王天然在第一位导师,也就是诺贝尔经济学奖、图灵奖得主和美国心理学会终身贡献奖得主赫伯特·西蒙的引荐下,跟随人工智能专家系统专家John MaCdemontt 学习。 

  美国的学习经历,让王天然看到工业机器人技术研发及其应用的蓬勃发展。1985年,王天然结束了访学,回到沈自所并担任副所长。 

  “一切科研工作以国家需求为先。当时的中国,工业机器人被认为是机器人的‘最底层’,但却是国家最需要的,亟须解决工业生产、制造、加工等问题。”王天然下定决心,带领团队开始研制工业机器人。 

  推开工业应用的大门 

  “第一个吃螃蟹”,需要壮士断腕的勇气和坚决。对于研制国产工业机器人来说,更是如此。 

  启动工业机器人研制项目之初,社会、政府官员、企业等对机器人的不理解,是摆在王天然面前的大难题。“经常有人问,中国人这么多,还造机器人?这是把机器人和人对立起来了。”王天然很无奈,只能一次次地向质疑者解惑,“机器人是机器,我们不造人。” 

  王天然说,直到现在,这种质疑之声依然存在,他经常看到一些关于“机器人取代多少工人”的研究和新闻报道。在前不久的一个会议上,还有人又提出了这个问题。 

  “‘机器人取代人’这种说法是错误的。机器人制造的目的从来不是为了取代人,而是为了提高生产效率和竞争力,是从危险有害环境中解放工人,如果用人的生产效率高,肯定不用机器人,如果用机器人的效率高,那就不用人。”坐在记者对面,王天然再一次认真地解释了一遍。 

  事实上,技术进步不可避免。在他看来,技术发展只会促进人转移工作领域。通常,被取代掉的工作并没有增加的多。比如:第一次工业革命时,蒸汽机的确取代了部分人的工作,但同时也衍生出许多新的行业职位。 

  解释时,王天然常以日本和英国为例,强调机器人对于工业制造和提升国家竞争力的重要性。70年代,日本经济快速增长、劳动力短缺、人力成本上升,日本用了10年时间发展工业机器人,成为机器人王国,同时也成为世界制造强国。而同时代的英国并不主张发展工业机器人,在工业制造方面逐渐落后于日本。 

  除了不理解,还存在着对机器人的误解。当时,一部以机器人为主题的美国科幻电影《未来世界》风靡中国,这在中国人心中深深地烙下了机器人的“模样”。王天然记得,很多人到沈自所参观了一圈,结束时会向他提出“希望看一看机器人”的要求。而当王天然告诉参观者,刚刚看到的都是机器人时,他们却面露失望,“哦,原来这就是机器人”。 

  “大家对机器人是有误解的,认为是用机器造出的机械人。”王天然坦承,“造工业机器人,舆论的反对声很多。” 

  但,研制工业机器人并工业化应用已是大势所趋,中国已经落后日本、美国等发达国家20余年了。 

  1985年,王天然访学归国的那一年,工业机器人被列入了国家“七五”科技攻关计划研究重点,由蒋新松作为课题负责人,目标聚焦研制工业机器人中最为核心的零部件——控制器。 

  “这是‘工业机器人’第一次获得国家项目的支持。”受到国家认可,王天然的底气和信心更足了。课题组拿着50万元科研经费,用时3年,独立研制出的控制器诞生了。 

  “我们的控制器很好,但控制器不能单独使用,我们想继续做产品。”王天然不甘心让性能优良的控制器被“搁置在家里”。 

  1994年,王天然继任为沈自所所长,这次,他打算做工业机器人产品。 

  要形成一个能够在工厂应用的工业机器人产品,除了控制器,还需要本体。然而,由于当时市场需求小、资金投入有限,国内企业和科研院所并未研发出较为理想的工业机器人本体。王天然和蒋新松商量,沈自所一定要把机器人本体做起来。 

  实现这一步,需要“曲线救国”,王天然作了一个让所有人都大吃一惊的决定:斥资1000多万元,建造3000多平方米的厂房,利用从日本安川购买的10台成熟机器人本体,配上自主研发的控制器生产工业机器人。 

  “1000多万是什么概念?” 

  “当时所长能支配的金额不过百万,砸进去,沈自所就黄了。”直到现在,王天然依然觉得这是“冒了很大风险”的决定。 

  “为什么不先做一两台,这样风险可能更低一些?” 

  “一两台风险更大,用户一看,你这是弄着玩的,根本没人要。10台,用户觉得你这是真正要干事,就会买你的。” 

  王天然带领团队用了半年时间,证明了自主研发的控制器完全可以控制国外进口的机器人本体。在将近1年的时间里,王天然亲自到企业奔走相告推销产品,普及工业机器人的优势,最终10台工业机器人全部卖出,进入沈阳金杯座椅厂、鞍山挖掘机厂等工厂的生产线进行应用。 

  至此,王天然推开了中国工业机器人应用的大门,为实现产业化奠定了基础。 

  随后,他们再次顺利得到了国家“八五”科技攻关计划的支持,王天然带领团队开始自主研制工业机器人本体。 

  “也没想着赚很多钱,主要是当时‘不服气’!”王天然笑着说。淡去了当时的焦虑与紧张,王天然言语中流露出了战胜一切的自信与“凯旋”后的自豪。 

  成立“新松”,走上产业化 

  用一位知名企业家的话来说,王天然是启发国内工业机器人市场的人。但王天然并未“见好就收”。 

  10台工业机器人全部卖出后,王天然收到过这样的用户反馈:你们这是“工艺美术品”,坏了怎么办?有备件么?我再买一台你有么?“这逼着我们必须要走标准化、规模化之路。”王天然说。 

  1998年,中国科学院实施知识创新工程试点,要求研究所加强科技支撑经济社会发展能力。这是一个千载难逢的机会,2000年,沈自所工业机器人研究开发部团队整建制分离,成立了沈阳新松机器人自动化股份有限公司,后来由当时39岁的研究开发部部长,也是蒋新松的第一位硕士作为“掌门人”。 

  “取名‘新松’,是为纪念‘中国机器人事业的开拓者’蒋新松先生,他是一位战略科学家,对中国机器人事业影响很大。”王天然说。“公司初创时,坚持的理念是做事业,一定要做出有用的东西。” 

  经历了十余年的发展,中国工业机器人的销量从本世纪初的300余台,增长到2013年的5万多台,一举成为世界上最大的工业机器人市场。 

  在王天然眼中,做事业,与身份无关。 

  栉风沐雨数十载,工业机器人从不理解和误解,到逐渐被人们理解和接受,从研究所的一项技术发展成为真正的工业应用产品。这个过程中,王天然无疑发挥了至关重要的作用。 

  2018年8月15日,世界机器人大会在北京召开,75岁的王天然作为机器人领域唯一的科学家代表与国务院副总理刘鹤、北京市委书记蔡奇、工业和信息化部部长苗圩、中国科协主席万钢等领导人共同点亮启动球,为2018年世界机器人大会开幕。 

  有人说:王天然牛! 

  而王天然却淡然一笑,只说句,“不是我王天然牛,而是中国科学院沈阳自动化所牛。” 

  如今,王天然很少再指导企业具体的技术细节,他更多地思考着,面对日益激烈的国际竞争,中国的机器人企业如何脱颖而出? 

  在他看来,中国的机器人企业发展时间不长,需要时间获得用户信任。同时,企业要有自己的特点,开辟新领域和新功能,不能老跟着别人干。“国产工业机器人从2012年只占国内市场的8%到现在的30%,进步是进步了,但高端应用方面与国际还有差距。” 

  与此同时,王天然还酝酿着一个更重要的事情:中国如何在机器人技术方面取得率先突破? 

  “机器人技术受很多方面的影响。”王天然坦承。在他看来,人机融合是未来智能制造的发展方向。另外,“再制造”,尽管很难实现,但也是一个很有前景的方向。 

  “技术上还有很多地方需要突破,但不能说现在实现不了就否定。”王天然说,未来竞争的“危险”在于新东西,“如果人家做了我们没做,那我们就落后了。哪个领域先被突破了,那就领先了。” 

  “实在”的院士 

  “实在”“谦逊”,这是记者从王天然身上所感受到的显著特质。 

  与王天然聊天的近两个小时里,他并不太愿意谈自己的经历和贡献,尽管记者“努力引导”着。王天然更愿意归功于时代发展的大潮,归功于自己所在的沈自所。而只有谈起工业机器人的现状和未来、还有哪些需要取得突破,以及表达观点时,他才会娓娓道来。 

  在培养学生方面,王天然也是坚持一贯的“实事求是”。现上海海事大学信息工程学院教授委员会主席王晓峰是王天然的博士生,他喜欢用数学的方法解决人工智能方面的问题。“他拿来一些公式定理证明,我看不懂。但我支持他,因为很少有人会对数学有热情。”王天然很坦率,毫不掩饰自己的知识盲区,并请毕业于北大数学系的聂义勇研究员来帮忙指导,“我不可能什么都会。” 

  在美国时,王天然感受到,博士生导师与博士的关系并非师生,而是朋友。“是讨论问题而非你教我听”,王天然十分认同,“导师只培养学生科研能力,如果他做的具体内容还是你教,他就超不过你,而相当多的博士生要超过老师。” 

  他希望,学生要有自己的想法,做真正的创新,“博士期间是难得的机会,你能够自由地发展自己的想象力和热爱的东西,可以做很多事情,事实上,很多人在博士期间把自己的想法变成了有意义的科学成果。不要做太取巧的事情。” 

  “我们所培养的学生毕业后非常受欢迎,从来没有没去处的学生,他们动手能力很强,‘真刀真枪’地解决实际问题。”作为师长、前辈,王天然很自豪,也很欣慰,年轻一代正在接力中国工业机器人事业,奋力向前奔跑。(《国科大》2019年第4期


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