工匠机器人：科技让传统工艺更出彩

徐建平

近年来，传统手工技艺受到了全社会的广泛关注，保护与传承逐渐成为了人们关注的焦点。然而，随着人口红利逐渐消失，从事传统行业的劳动者越来越少，面对理想与现实的激烈冲突，机器人或许能给我们带来解决问题的最优解。

我国是世界上工业体系最为完备的国家之一，工业体系几乎涉及到所有行业门类，特别是陶瓷、酿酒、制茶、宣纸、丝绸等蕴含中华民族灿烂文化和智慧结晶的传统行业。在很长一段时间内，这些行业一直保持着传统的手工作业模式，各类工匠维系着技艺的传承。

随着社会的不断发展，传统的作业模式难以适应大规模生产需求；人口红利的消失，使得拥有精湛技艺的匠人正在减少；传统手工模式正遭受着劳动安全、食品安全和健康安全的诟病，这些因素导致传统行业的原始作业模式难以为继，一场关乎传统行业的挽救和升级行动势在必行。智能工匠机器人的出现以及“互联网+机器人+人工智能”的技术变革，为传统行业的发展带来了新的希望，利用智能机器人来保护和传承“工匠精神”逐渐成为可能。

工匠机器人的概念

当一部分国内从业者紧盯智能制造、数字工厂、智能产品等概念亦步亦趋时，武汉奋进智能机器有限公司（以下简称“武汉奋进”）另辟蹊径，在研发出云机器人（Cloud Robots，CRs）之后，又推出了工匠机器人（Artisan Robots，ARs）。工匠机器人是武汉奋进在充分研究国内产业现状的基础上，避开通用机器人的红海，针对特定行业、特点领域和特定工艺研发的定制化机器人产品。与通用机器人相比，工匠机器人的最大不同点在于其设计理念中深度融入了产品的制造工艺。换言之，工匠机器人是为工艺而生的定制化机器人产品。

工匠机器人将匠人的手法和技艺，转化成了机器人的动作数据库和工艺数据库，并严格遵循传统工艺，模仿人工作业进行定制化结构设计和算法规划。此外，工匠机器人还集成了大量外部传感器，可将所有数据传送至云服务器，从而进行云计算处理和深度学习。这种“互联网+人工智能”环境下的机器人，具有像工匠一样的“眼睛”、“鼻子”、“手脚”和“大脑”，因此实现了自我感知、自动进化、主动优化，能够像工匠一样交互信息、积累经验、精益求精。

工匠机器人实现了多学科、多专业和多领域技术的融合（如图2所示），是工业机器人领域的一次理论创新，其主要特征如下：

（1）将工匠的技艺和手法进行提炼，转化成数据化语言，建立基于生产流程的数据库。以白酒酿造流程中的上甑工位为例，将上甑工的操作手法和技艺，分别转化为机器人的动作数据库和可识别的工艺数据库，从而使机器人可以在结构上模仿人类进行工作，在程式和算法上按传统工艺进行规划，从而实现传统工艺的传承。

（2）新兴传感器的引入，使工匠机器人具有像匠人一样的“感知器官”，视觉、语音、力感、温湿度感知等外部传感器让机器人对周边环境有了密切感知，机器人既可以感知自身运行状态和周围环境的变化，也可以感知生产的过程。

（3）传感器采集的有效数据信息，可以通过互联网（有线或无线）传送至云端服务器，从而使机器人控制系统不再是游离的“信息孤岛”，而是同时拥有了“本地大脑”和“远程云脑”两个处理系统。“本地大脑”即机器人控制系统，负责基础数据的管理，发送指令控制执行单元。“远程云脑”即云服务器系统，是大数据存储、云计算和深度学习的运算中心。

（4）工匠机器人是“互联网+人工智能”环境下的创新产品，代表着未来机器人的技术发展趋势，它的出现将改变工业机器人的应用现状，推动工业机器人从产品到服务的战略转型。基于生产流程的“互联网+”应用环境下的工匠机器人，将成为未来智慧工厂里的智能节点。“互联网+”的机器人环境将促进机器人与机器人、机器人与周边设备以及机器人与人之间的信息流通，为实现机器人租赁、远程诊断、运维外包、工艺优化以及智能推送等服务提供环境保障，极大地拓展机器人的应用市场（如图3所示）。

第一代工匠机器人—上甑机器人

2016年，武汉奋进推出了业内第一款工匠机器人产品—上甑机器人，这是为传统白酒行业量身定制的一款产品，主要应用于白酒酿造过程的上甑环节。

上甑是白酒酿造的关键工序，直接影响着白酒的产量和质量。该工序对操作人员的技能要求较高，有严格的工艺标准和规范的作业手法。一般而言，培养一名合格的上甑工至少需要5年时间。此外，上甑工劳动强度大，每天需要转运10吨以上的粮食。不仅如此，上甑工的作业环境差，工人需要长期处在高温、高湿的酸性环境中。基于以上多种因素，导致目前有经验的上甑工越来越少，然而上甑机器人的出现，推动了白酒行业的产业升级。

在传统的白酒酿造车间，你会看到上甑工挥汗如雨的忙碌身影，工人师傅见气压气、轻撒匀铺、动作娴熟。然而，在自动化酿造车间，情形却完全不同，上甑机器人有条不紊地作业：俯身、转臂、铺撒、调节阀门、切换开关，颇具章法，这就是武汉奋进为白酒行业定制研发的首款工匠机器人（如图5所示）。虽然上甑机器人貌不惊人，但它却身怀绝技。一台上甑机器人可以对两个酒甑交替作业，探气上甑、匀铺轻撒，控制蒸汽流量及通断时间，适时保证冷凝水的供给，自动切换酒头、酒尾和主体酒的開关阀，全程无人干预，整套动作如行云流水、一气呵成，如同一位熟练的技师在进行表演。

上甑机器人的一系列操作并非花拳绣腿，一甑酒醅完成上甑、蒸馏等工序后，上甑机器人可以实现无酒尾（酒精度小于5度），而人工作业的酒尾基本不会低于10度。此外，上甑机器人还能使每甑粮食多产出10公斤酒，这些都是有经验的上甑工难以企及的。这些优异的成绩也充分反映出了这款工匠机器人的优势。

上甑机器人之所以能够像优秀的技师一样进行作业，得益于“遵循传统，融入工艺”的设计理念，在结构设计上保证模仿人工动作，在控制程序上遵照原有工艺。同时，将人的感官、视觉、触觉甚至思维等要素融入到系统中去，进而使得上甑机器人不再只是一套按既定程序进行动作的专用装置。换言之，上甑机器人有了自己的“眼睛”、“手脚”和“大脑”，它完成的工作不再只是简单的搬运，而是根据周围环境的变化进行“思考”，改进工艺。

上甑机器人除了本体以外，还包括感知系统（温差探测器、工作面形态探测器、酒精度检测仪、蒸汽流量计和蒸汽压力机等），执行系统（各驱动电机、酒精开关阀、蒸汽阀和冷凝水阀等）和思维系统（云服务、云计算等）（如图6所示）。工作时，上甑机器人通过“眼睛”（温差探测器、工作面形态探测器）观察酒甑里的蒸汽温度场和酒醅形态，驱动各个电机运转，实现“见气压气”，布撒物料并实时控制进入酒甑的蒸汽流量和蒸汽通断时间。馏酒过程中，上甑机器人根据工艺步骤，自主控制冷凝水的供给。此外，上甑机器人还能根据酒精度检测仪的数值自动切换酒头、酒尾和主体酒开关阀。在整个酿酒的过程中，各项数据（例如：酒精度数、蒸汽流量、蒸汽温度、冷凝水供给时间、各电机运行数据等）会被源源不断地传送至云服务器中，形成工艺大数据，从而实现经验积累。

上甑机器人是武汉奋进推出的第一款工匠机器人产品，目前已在全国十余家知名酒企装机120余台，它的成功彰显了工匠机器人的巨大发展潜力。从技术层面上看，上甑机器人是云机器人的延伸，它深度融入了产品的制造工艺，集成了各种外部传感器和执行器系统，可以对服务对象及其周边环境进行精确的数据采集、精准判断和深度学习，实现数据和工艺之间的闭环控制，能够像技师和工匠一样不断积累经验并优化工艺，精益求精，利用科技让传统工艺更加出彩。