毫無(wú)疑問，技術(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)停滯不前！在尖端制造業(yè)的世界里，這一點(diǎn)與其他任何領(lǐng)域一樣真實(shí)。以工業(yè)4.0為例。正當(dāng)我們對(duì)創(chuàng)建高度自動(dòng)化的工廠環(huán)境的概念有所了解時(shí)，傳感器、數(shù)據(jù)處理、連通性和云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合起來(lái)為企業(yè)帶來(lái)效益。因此，工業(yè)5.0也隨之而來(lái)，這是一種新的模式，將人類重新引入到這個(gè)循環(huán)中。工業(yè)5.0承諾了一個(gè)誘人的新世界，在這個(gè)世界里，機(jī)器人和人以曾經(jīng)被認(rèn)為不可能的方式進(jìn)行合作，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制等新概念。那么，到底發(fā)生了什么？工業(yè)5.0是否會(huì)改變我們?cè)O(shè)計(jì)和建造未來(lái)更智能產(chǎn)品的方式？

首先，讓我們回過頭來(lái)看看工業(yè)4.0是如何改變眾多行業(yè)的制造業(yè)的。這一轉(zhuǎn)變的起點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，它基于傳感器技術(shù)的重大進(jìn)步，導(dǎo)致了更小、更便宜、性能更好的傳感器。利用改進(jìn)的性能，這些傳感器已被部署到整個(gè)工廠車間，從而能夠從更廣泛的工業(yè)設(shè)備中收集數(shù)據(jù)（圖1）。由于無(wú)處不在的連接，這些數(shù)據(jù)可以快速發(fā)送到云端，在那里進(jìn)行處理和分析，越來(lái)越多地使用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)來(lái)提供實(shí)時(shí)洞察力。這種物聯(lián)網(wǎng)支持的過程是工業(yè)4.0的核心原則--在這里，自動(dòng)化的廣泛使用和數(shù)據(jù)的收集可以提供真正的商業(yè)利益。

圖 1：借助新的傳感器技術(shù)，工廠車間能夠收集更多數(shù)據(jù)。

這就帶來(lái)了一個(gè)問題。這種高度自動(dòng)化的環(huán)境只在一定程度上運(yùn)作良好。例如，在制造業(yè)中使用機(jī)器人可以提供巨大的一致性和可重復(fù)性，執(zhí)行一系列的重復(fù)性功能，作為預(yù)先定義的一套生產(chǎn)流程的一部分。如果你希望產(chǎn)品在外觀和感覺上基本相同，這很好。如果你希望對(duì)正在生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行點(diǎn)綴或個(gè)性化處理，那該怎么辦？在一個(gè)消費(fèi)者的期望越來(lái)越高的世界里，這是很有可能的。

這就是工業(yè)5.0的意義所在。在這種新的模式下，人類被重新引入循環(huán)，增加他們與智能機(jī)器的合作，以至于在工廠車間里并肩工作。工業(yè)5.0可以提供兩個(gè)世界中最好的東西，機(jī)器人的公認(rèn)優(yōu)勢(shì)與人類在批判性思維等領(lǐng)域的先進(jìn)認(rèn)知能力相融合。在這種更多方面的環(huán)境中，生產(chǎn)線可以變得更加智能，人類可以監(jiān)督更高水平的產(chǎn)品定制。這在汽車、消費(fèi)電子和珠寶等不同領(lǐng)域是一個(gè)令人興奮的想法，甚至對(duì)于精釀啤酒等產(chǎn)品來(lái)說(shuō)也是如此，因?yàn)樵谶@些產(chǎn)品上添加標(biāo)簽可以帶來(lái)更高的消費(fèi)者吸引力。

如何實(shí)現(xiàn)工業(yè) 5.0

這就是概念，但現(xiàn)實(shí)呢？如何以明確的方式應(yīng)用工業(yè)5.0來(lái)提高未來(lái)工廠的效率和多功能性？最重要的考慮之一是人類和機(jī)器之間的物理接口。從歷史上看，機(jī)器人手臂被安置在安全籠子后面，使人類不受傷害。但在新的世界里，需要有一種更密切的關(guān)系--無(wú)論是字面意義還是形象意義。

這顯然將由新一代輕型協(xié)作機(jī)器人（cobots）的發(fā)展來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)是有一套位置傳感器，使它們能夠在一瞬間對(duì)工人的存在作出反應(yīng)。這些更小、更快、更靈活的cobots的引入是工業(yè)5.0進(jìn)展的基礎(chǔ)。先進(jìn)的安全特性將使人類在更廣泛的生產(chǎn)過程中占據(jù)中心位置。這一因素在自動(dòng)化世界中并沒有被忽視，ABB、Fanuc、西門子和庫(kù)卡等全球工業(yè)機(jī)器人制造商加入了丹麥環(huán)球機(jī)器人公司等更專業(yè)的公司，設(shè)計(jì)和推出新系列的cobot產(chǎn)品。根據(jù)BIS Research最近的一項(xiàng)研究，預(yù)計(jì)全球cobot市場(chǎng)將從2018年的5.8億美元增長(zhǎng)到2024年的90億美元。

協(xié)作機(jī)器人的發(fā)展

隨著越來(lái)越多的參與者進(jìn)入市場(chǎng)，協(xié)作機(jī)器人的能力也迅速加快了。早期的模型尺寸較小，被設(shè)計(jì)為與人類一起執(zhí)行輕型裝配任務(wù)。這些開創(chuàng)性的桌面手臂通常重約10公斤，有效載荷為3公斤。這樣的尺寸和能力使它們成為自動(dòng)化工作臺(tái)活動(dòng)的理想選擇。

不過，隨著時(shí)間的推移，機(jī)器人已經(jīng)變得更大、更強(qiáng)大，最新的機(jī)器人手臂的有效載荷能力是其同時(shí)代的五倍。更大的尺寸、更廣泛的抓取器和工具以及更直觀的編程，已經(jīng)開辟了更廣泛的應(yīng)用范圍，包括重型機(jī)器維護(hù)、材料處理、包裝和簡(jiǎn)單的工作臺(tái)活動(dòng)。這些手臂安裝有接近、距離和位置傳感器，可以靠近生產(chǎn)線上的員工使用（圖2）。

圖 2：工業(yè)手臂協(xié)作機(jī)器人可在生產(chǎn)工人附近使用以執(zhí)行各種任務(wù)。

尋找工業(yè) 5.0 用例

隨著協(xié)作機(jī)器人性能的提高，協(xié)作機(jī)器人手臂在工業(yè)環(huán)境中的采用也有所增加。汽車行業(yè)是早期采用者。PSA 集團(tuán)——其品牌包括標(biāo)致、雪鐵龍、歐寶和沃克斯豪爾——在其白車身裝配線上使用協(xié)作機(jī)器人驅(qū)動(dòng)螺絲。在一個(gè)這樣的案例中，操作人員將協(xié)作機(jī)器人拉到位，以便在車輛沿著生產(chǎn)線移動(dòng)時(shí)固定車輛兩側(cè)的螺釘。完成后，協(xié)作機(jī)器人會(huì)旋轉(zhuǎn)并返回到靜止位置，然后再次用于下一輛車。PSA 表示，該應(yīng)用既節(jié)省了成本，又改善了幾何公差。

其他汽車制造商在其制造工廠內(nèi)使用協(xié)作機(jī)器人時(shí)也同樣積極主動(dòng)。BMW 已應(yīng)用協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行防撞罐組件鉚接過程的某些方面，這在歷史上一直是手動(dòng)執(zhí)行的。使用協(xié)作機(jī)器人，在員工繼續(xù)其他裝配任務(wù)時(shí)將鉚釘固定到位，對(duì)周期時(shí)間產(chǎn)生了巨大影響，節(jié)拍時(shí)間（從一個(gè)單元開始生產(chǎn)到下一個(gè)單元開始生產(chǎn)之間的平均時(shí)間單位）從 64 秒下降到 52 秒。

汽車供應(yīng)商也開始行動(dòng)起來(lái)，零部件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)作機(jī)器人來(lái)執(zhí)行關(guān)鍵的檢測(cè)任務(wù)。在汽車行業(yè)，幾乎每天都會(huì)發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用，Kenneth Research 最近的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，到 2022 年，汽車協(xié)作機(jī)器人的出貨量和銷售收入將以每年 43% 或更多的速度增長(zhǎng)。

在其他領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人被用于執(zhí)行非常不同的任務(wù)。例如，在金屬行業(yè)，它們被用于執(zhí)行一系列拋光和去毛刺活動(dòng)，執(zhí)行傳統(tǒng)上勞動(dòng)密集型的任務(wù)。根據(jù)自動(dòng)化專家 WiredWorkers 的一份報(bào)告，協(xié)作機(jī)器人已被證明能夠以一致且可重復(fù)的方式拋光平坦和不平坦的表面，力控制易于編程，并且能夠快速更改新產(chǎn)品的設(shè)置。它們也越來(lái)越多地用于計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC) 機(jī)器的裝卸，從而使金屬行業(yè)的工人不必執(zhí)行體力要求高且有時(shí)危險(xiǎn)的任務(wù)。

即使在創(chuàng)客市場(chǎng)，協(xié)作機(jī)器人也在尋找新的角色。增材制造初創(chuàng)公司開始使用它們來(lái)提供 3D 打印部件的個(gè)性化（圖 3）。在這里，協(xié)作機(jī)器人可用于幫助創(chuàng)建不同的飾面和雕刻——這在為消費(fèi)電子設(shè)備創(chuàng)建真正定制的配件時(shí)可能會(huì)很受歡迎。此外，在珠寶行業(yè)，工匠正在研究如何使用協(xié)作機(jī)器人來(lái)協(xié)助寶石的挑選、放置和裝飾。

圖 3：3D 打印機(jī)可以為不同的協(xié)作機(jī)器人制作個(gè)性化部件。

改變對(duì)自動(dòng)化的態(tài)度

協(xié)作機(jī)器人在廣泛的行業(yè)中都具有潛力。但是，盡管它們的使用范圍和程度因行業(yè)而異，但始終必須考慮一個(gè)常數(shù)：需要在文化上轉(zhuǎn)變對(duì)自動(dòng)化的態(tài)度。自動(dòng)化的歷史一直基于相當(dāng)成熟的參數(shù)，機(jī)器人大多在圍欄區(qū)域后面執(zhí)行任務(wù)。然而，在工業(yè) 5.0 的美好新世界中，機(jī)器人和人類必須作為合作者而不是競(jìng)爭(zhēng)者，在徹底改變思維方式的基礎(chǔ)上建立關(guān)系。

這引發(fā)了圍繞自動(dòng)化與人工輸入需求之間沖突的更廣泛辯論。流行的思想流派一直認(rèn)為，機(jī)器的進(jìn)步最終會(huì)轉(zhuǎn)化為整個(gè)工業(yè)部門的廣泛失業(yè)。工業(yè) 5.0 改變了爭(zhēng)論，以一種讓人類扮演更多增值角色的方式將人類重新引入其中。

這反映在世界經(jīng)濟(jì)論壇報(bào)告的調(diào)查結(jié)果中，該報(bào)告評(píng)估了到 2022 年全球技能需求的變化面貌。隨著自動(dòng)化變得更加復(fù)雜并且在關(guān)鍵部門中得到更廣泛的應(yīng)用，一些傳統(tǒng)角色無(wú)疑將消失。但這些將不可避免地被其他專注于大數(shù)據(jù)分析、人工智能、軟件和應(yīng)用程序以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型等領(lǐng)域的新興學(xué)科所取代。所有這些新角色都非常適合工業(yè) 5.0 的世界，支持人機(jī)關(guān)系更具協(xié)作性。根據(jù)該報(bào)告，這種轉(zhuǎn)變可能會(huì)帶來(lái) 1.33 億個(gè)新職位，同時(shí)造成約 7500 萬(wàn)個(gè)工作崗位流失——這表明自動(dòng)化程度的提高總體上會(huì)帶來(lái)凈收益。

邁向更智能的生產(chǎn)系統(tǒng)之路

工業(yè)部門內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步繼續(xù)快速發(fā)展。工業(yè) 4.0 和工業(yè) 5.0 可能是引人注目的流行語(yǔ)，但它們確實(shí)包含了我們?cè)诟叨茸詣?dòng)化環(huán)境中設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)產(chǎn)品的方式的真正變化。這種轉(zhuǎn)變將越來(lái)越多地導(dǎo)致機(jī)器和人類思維之間更加共生的關(guān)系。正是這種能力的交織，才有可能創(chuàng)造出更智能、更高效的未來(lái)工廠。