工業(yè)5.0將人類重新帶入循環(huán)

技術(shù)永遠不會停滯不前——這在尖端制造業(yè)世界和在任何其他領(lǐng)域都是如此。以工業(yè) 4.0 為例。正如我們已經(jīng)圍繞創(chuàng)建高度自動化的工廠環(huán)境的概念（其中傳感器、數(shù)據(jù)處理、連接和云計算等技術(shù)結(jié)合起來以提供商業(yè)利益）出現(xiàn)了工業(yè) 5.0，這是一種重新引入人類的新范式。循環(huán)。工業(yè) 5.0 承諾了一個誘人的新世界，機器人和人以曾經(jīng)被認為不可能的方式進行協(xié)作，從而實現(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 是否會改變我們設(shè)計和構(gòu)建未來更智能產(chǎn)品的方式？

首先，讓我們退后一步，看看工業(yè) 4.0 如何改變了眾多行業(yè)的制造業(yè)。這種轉(zhuǎn)變的大部分起點是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的出現(xiàn)，它基于傳感器技術(shù)的重大進步，這導(dǎo)致了更小、更便宜和性能更好的傳感器。通過提高性能，這些傳感器已部署在工廠車間，能夠從更廣泛的工業(yè)設(shè)備收集數(shù)據(jù)（圖 1）。由于無處不在的連接，這些數(shù)據(jù)可以快速發(fā)送到云端，在那里可以對其進行處理和分析，越來越多地使用機器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)來提供實時洞察。這種支持物聯(lián)網(wǎng)的流程是工業(yè) 4.0 的核心原則——自動化的廣泛使用和數(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)。（來源：Macrovector/shutterstock.com）

這帶來了一個問題：這種高度自動化的環(huán)境只能在一定程度上運行良好。例如，在制造中使用機器人技術(shù)可以提供極高的一致性和可重復(fù)性，執(zhí)行一系列重復(fù)性功能，作為預(yù)定義的一組生產(chǎn)過程的一部分。如果您希望產(chǎn)品的外觀和感覺大致相同，那很好。如果想要對正在制造的產(chǎn)品進行裝飾或個性化怎么辦？在消費者期望變得越來越復(fù)雜的世界中，這種情況越來越可能發(fā)生。

這就是工業(yè) 5.0 的用武之地。在這種新范式下，人類被重新引入循環(huán)，增加了他們與智能機器的協(xié)作——達到了在工廠車間并肩工作的程度。工業(yè) 5.0 可以實現(xiàn)兩全其美，將機器人的公認優(yōu)勢與人類在批判性思維等領(lǐng)域的先進認知能力相結(jié)合。在這個更加多元化的環(huán)境中，生產(chǎn)線可以變得更加智能，人類能夠監(jiān)督更高水平的產(chǎn)品定制。在汽車、消費電子產(chǎn)品和珠寶等不同領(lǐng)域，甚至在精釀啤酒等產(chǎn)品中，這是一個令人興奮的想法，在這些領(lǐng)域中，增加標(biāo)簽的觸感可以提高消費者的吸引力。

如何交付工業(yè) 5.0

這就是概念，但現(xiàn)實呢？如何以明確的方式應(yīng)用工業(yè) 5.0 來提高未來工廠的效率和多功能性？最重要的考慮因素之一是人與機器之間的物理接口。從歷史上看，機械臂一直放置在安全籠后面，使人類免受傷害。但在新世界中，需要建立更緊密的關(guān)系——無論是字面意義上的還是比喻意義上的。

這顯然將通過開發(fā)新一代輕量級協(xié)作機器人（cobots)，具有一套位置傳感器，使他們能夠在瞬間對工人的存在做出反應(yīng)。引入這些更小、更快、更靈活的協(xié)作機器人是工業(yè) 5.0 發(fā)展的基礎(chǔ)。先進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。這一因素在自動化領(lǐng)域并沒有被忽視，ABB、Fanuc、西門子和庫卡等全球工業(yè)機器人制造商加入了丹麥通用機器人等更專業(yè)的公司，設(shè)計和推出了新的協(xié)作機器人產(chǎn)品系列。根據(jù) BIS Research 最近的一項研究，全球協(xié)作機器人市場預(yù)計將從 2018 年的 5.8 億美元增長到 2024 年的 90 億美元。

協(xié)作機器人的發(fā)展

隨著越來越多的玩家進入市場，協(xié)作機器人的能力迅速提升。早期的模型體積很小，旨在與人類一起執(zhí)行輕型裝配任務(wù)。這些開創(chuàng)性的桌面臂通常重約 10 公斤，有效載荷為 3 公斤。這種尺寸和功能使它們成為自動化工作臺活動的理想選擇。

然而，隨著時間的推移，協(xié)作機器人變得更大、更強大，最新的手臂的有效載荷能力是同時代機器人的五倍。更大的尺寸、更廣泛的夾持器和工具以及更直觀的編程，開辟了更廣泛的應(yīng)用范圍，包括重型機械管理、材料處理、包裝和簡單的工作臺活動。這些臂安裝有接近度、距離和位置傳感器，可在生產(chǎn)線員工附近使用（圖 2）。

圖 2：工業(yè)臂協(xié)作機器人可在生產(chǎn)工人附近用于各種任務(wù)。（來源：Alexander Tolstykh/shutterstock.com）

尋找工業(yè) 5.0 用例

隨著協(xié)作機器人性能的提高，協(xié)作機器人手臂在工業(yè)環(huán)境中的采用也有所增加。汽車行業(yè)一直是早期采用者。PSA 集團——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)作機器人驅(qū)動螺絲。在這樣一種情況下，操作人員將協(xié)作機器人拉到適當(dāng)?shù)奈恢?，以便在車輛沿生產(chǎn)線向下移動時將螺釘固定在車輛的兩側(cè)。完成后，協(xié)作機器人旋轉(zhuǎn)并返回到靜止位置，然后再次用于下一輛車。PSA 表示，這種應(yīng)用既節(jié)省了成本，又提高了幾何公差。

在制造工廠內(nèi)使用協(xié)作機器人時，其他汽車制造商也同樣積極主動。寶馬已經(jīng)應(yīng)用協(xié)作機器人來執(zhí)行碰撞罐組件鉚接過程的某些方面，這些過程在歷史上都是手動進行的。使用協(xié)作機器人，在員工繼續(xù)其他裝配任務(wù)時將鉚釘固定到位，對周期時間和節(jié)拍時間（一個單元開始生產(chǎn)到下一個單元開始生產(chǎn)之間的平均時間）產(chǎn)生了巨大影響單位）從 64 秒下降到 52 秒。

汽車供應(yīng)商也參與其中，零部件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)作機器人來執(zhí)行關(guān)鍵檢查任務(wù)。在汽車行業(yè)，幾乎每天都能發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用，Kenneth Research 最近的一份報告預(yù)測，到 2022 年，汽車領(lǐng)域的協(xié)作機器人的出貨量和銷售收入將以每年約 43% 或更高的速度增長。

在其他領(lǐng)域，協(xié)作機器人被用于非常不同類型的任務(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，執(zhí)行傳統(tǒng)上是一項勞動密集型任務(wù)。根據(jù)自動化專家 WiredWorkers 的一份報告，協(xié)作機器人已被證明可以以一致且可重復(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。它們也越來越多地用于計算機數(shù)控 (CNC) 機器的裝載和卸載，從而使金屬行業(yè)的工人免于執(zhí)行可能對體力要求很高且有時很危險的任務(wù)。

即使在創(chuàng)客市場，協(xié)作機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提供 3D 打印零件的個性化（圖 3）。在這里，協(xié)作機器人可用于幫助創(chuàng)建不同的飾面和雕刻——這在為消費電子設(shè)備創(chuàng)建真正定制的配件時可能會很受歡迎。此外，在珠寶行業(yè)，工匠們正在研究如何使用協(xié)作機器人來協(xié)助挑選、放置和裝飾寶石。

圖 3： 3D 打印機可以為不同的協(xié)作機器人制作個性化零件。（來源：Alex_Traksel/shutterstock.com）

改變對自動化的態(tài)度

協(xié)作機器人在廣泛的行業(yè)中具有潛力。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常數(shù)：對自動化態(tài)度的文化轉(zhuǎn)變的必要性。自動化的歷史一直基于相當(dāng)確定的參數(shù)，機器人大多在圍欄區(qū)域后面發(fā)揮作用。然而，在工業(yè) 5.0 的美好新世界中，機器人和人類必須作為合作者而不是競爭對手，在徹底改變思維方式的基礎(chǔ)上建立關(guān)系。

這引發(fā)了圍繞自動化與人工輸入要求之間的沖突的更廣泛辯論。盛行的思想流派一直是機器的進步最終會轉(zhuǎn)化為整個工業(yè)部門的廣泛失業(yè)。工業(yè) 5.0 改變了這種爭論，將人類重新引入混合環(huán)境，讓他們扮演更多增值角色。

這反映在世界經(jīng)濟論壇的調(diào)查結(jié)果中報告，評估到 2022 年全球技能需求的變化面貌。隨著自動化變得越來越復(fù)雜，在關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，一些傳統(tǒng)角色無疑將消亡。但這些將不可避免地被其他新興學(xué)科所取代，這些學(xué)科專注于大數(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。所有這些新角色都巧妙地融入了工業(yè) 5.0 的世界，支撐著人機關(guān)系更具協(xié)作性的本質(zhì)。根據(jù)該報告，這種轉(zhuǎn)變可能會帶來 1.33 億個新職位，同時造成約 7500 萬個工作崗位流失——這??表明自動化程度的提高總體上將帶來凈收益。

走向更智能的生產(chǎn)系統(tǒng)

工業(yè)部門的技術(shù)進步繼續(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，但它們確實體現(xiàn)了我們在高度自動化環(huán)境中設(shè)計、構(gòu)建和維護產(chǎn)品的方式的真正變化。這種轉(zhuǎn)變將越來越多地導(dǎo)致機器和人類思維之間更加共生的關(guān)系。正是這種相互交織的能力具有創(chuàng)造未來更智能、更高效工廠的潛力。

審核編輯：符乾江