技術(shù)進(jìn)步是前沿制造業(yè)乃至其他任何行業(yè)發(fā)展的重要因素之一。工業(yè)4.0就是一個(gè)很好的例子。高度自動(dòng)化的工廠環(huán)境這個(gè)創(chuàng)新概念將傳感器、數(shù)據(jù)處理、連接和云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合在一起，不僅帶來了商業(yè)利益，還催生出了重新引入了人性化元素的工業(yè)5.0這一全新的概念。工業(yè)5.0預(yù)示著一個(gè)誘人的新世界的到來，到那時(shí)機(jī)器人和人類將以一度被認(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，工業(yè)5.0這個(gè)概念是如何產(chǎn)生的？它又能否改變未來智能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造方式？

首先，讓我們回顧一下工業(yè)4.0對多個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)方式所帶來的轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是傳感器技術(shù)的重大進(jìn)步，它的出現(xiàn)成就了尺寸更小、成本更低、性能更好的傳感器，也是生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這些性能更優(yōu)的傳感器部署在了工廠的各個(gè)車間，能夠收集更多工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)（圖1）。借助無處不在的連接，這些數(shù)據(jù)可以快速地發(fā)送到云，在云中進(jìn)行處理和分析，同時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)的廣泛采用讓我們能夠獲得實(shí)時(shí)洞察能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)4.0的核心，其中自動(dòng)化的廣泛運(yùn)用和數(shù)據(jù)采集功能帶來了真正的商業(yè)利益。

圖1：新傳感技術(shù)的采用讓車間能夠收集到更多的數(shù)據(jù)（來源：Macrovector/shutterstock.com） 這就引出了一個(gè)問題：這種高度自動(dòng)化的環(huán)境只能在某種程度上正常運(yùn)行。例如，在制造業(yè)的預(yù)定義生產(chǎn)過程中，使用機(jī)器人來執(zhí)行一系列重復(fù)的操作，可以提供極大的一致性和可重復(fù)性。想讓產(chǎn)品擁有基本一致的外觀，可以采用這種生產(chǎn)方式。但如果想要美化或者定制產(chǎn)品呢？隨著消費(fèi)者需求的日益多元化，這種情況發(fā)生的概率也會(huì)越來越大。

這就是工業(yè)5.0的由來。在這種新模式下，將重新引入人性化元素，增加人與智能機(jī)器的協(xié)作，達(dá)到并肩工作的效果。工業(yè)5.0可以將機(jī)器人技術(shù)的公認(rèn)優(yōu)勢與人類在批判性思維等領(lǐng)域的先進(jìn)認(rèn)知能力相結(jié)合。在這個(gè)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)督更高層次的產(chǎn)品定制。對于汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品、珠寶，以及通過增加標(biāo)簽觸感提升消費(fèi)者吸引力的精釀啤酒等產(chǎn)品來說，無疑是一個(gè)令人振奮的消息。

如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)5.0上面只是提出了工業(yè)5.0這個(gè)概念，但具體該如何實(shí)現(xiàn)呢？如何完美地應(yīng)用工業(yè)5.0以提高未來工廠的效率和多功能性？首先需要關(guān)注的是人與機(jī)器之間的物理接口。從歷史上看，機(jī)器人手臂一直被安置在安全籠子里，以防止人類受到傷害。但在即將到來的工業(yè)5.0環(huán)境下，無論是從字面意義還是深層意義來看，都需要更緊密的關(guān)聯(lián)性。

新一代輕量級協(xié)作機(jī)器人的開發(fā)顯然可以實(shí)現(xiàn)這一愿景。該機(jī)器人具有一套位置傳感器，能夠在瞬間對工人的存在作出反應(yīng)。這些更小、更快、更靈活的協(xié)作機(jī)器人的引入是工業(yè)5.0發(fā)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)主導(dǎo)地位。在自動(dòng)化領(lǐng)域，這一因素并沒有被忽視，ABB、Fanuc、Siemens和Kuka等全球工業(yè)機(jī)器人制造商，都與丹麥通用機(jī)器人等專業(yè)機(jī)構(gòu)一道，設(shè)計(jì)和推出了新的協(xié)作機(jī)器人系列產(chǎn)品。根據(jù)BIS最近的一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2024年，全球協(xié)作機(jī)器人市場將從2018年的5.8億美元增長到90億美元。

開發(fā)協(xié)作機(jī)器人隨著越來越多的玩家進(jìn)入市場，協(xié)作機(jī)器人的能力得到了迅速提高。早期的模型體積較小，多被用來和人類一起執(zhí)行輕型裝配任務(wù)。這些開創(chuàng)性的桌面機(jī)械手臂通常重約10公斤，有效載荷為3公斤，成為了自動(dòng)化工作臺(tái)操作的理想選擇。 不過，隨著時(shí)間的推移，協(xié)作機(jī)器人的體積變得越來越龐大，功能也越來越強(qiáng)，最新的機(jī)械手臂有效載荷能力是同時(shí)期的5倍。尺寸的增加、夾持器和工具的多樣化，以及編程方式的直觀化，讓協(xié)作機(jī)器人有了更大的發(fā)展空間，可用于執(zhí)行重型機(jī)械操作、材料搬運(yùn)、簡單的工作臺(tái)操作以及包裝等任務(wù)。這些臂架安裝有接近、距離和位置傳感器，可在靠近生產(chǎn)線員工的地方使用（圖2）。

圖2：工業(yè)機(jī)器人手臂可以在生產(chǎn)工人附近執(zhí)行各種任務(wù)（來源：Alexander Tolstykh/shutterstock.com）

工業(yè)5.0應(yīng)用案例隨著協(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)境中的應(yīng)用也越來越廣，并最早應(yīng)用于汽車行業(yè)。PSA集團(tuán)旗下品牌標(biāo)致、雪鐵龍、歐寶和沃克斯豪爾都采用協(xié)作機(jī)器人來安裝車身上的白色裝配線螺釘。在這種情況下，操作人員需要將協(xié)作機(jī)器人安放到位，在車輛沿生產(chǎn)線向下移動(dòng)時(shí)固定其兩側(cè)的螺釘。固定完成后，協(xié)作機(jī)器人旋轉(zhuǎn)回靜止位置，對下一輛汽車進(jìn)行操作。PSA表示，這種應(yīng)用既節(jié)省了成本，又減小了外形尺寸公差。 其他汽車制造商也開始在工廠中積極布局協(xié)作機(jī)器人。寶馬運(yùn)用協(xié)作機(jī)器人來執(zhí)行撞車罐總成鉚接過程的某些操作，以取代之前的手動(dòng)操作。在工人執(zhí)行其他裝配任務(wù)時(shí)，由協(xié)作機(jī)器人將鉚釘固定到位可以大大縮短生產(chǎn)周期，將節(jié)拍時(shí)間（從一臺(tái)機(jī)組開始生產(chǎn)到下一臺(tái)機(jī)組開始生產(chǎn)的平均時(shí)間間隔）從64秒下降到52秒。 汽車供應(yīng)商也不甘落后，開始引入?yún)f(xié)作機(jī)器人。比如，元器件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)作機(jī)器人來執(zhí)行關(guān)鍵的檢查任務(wù)。汽車行業(yè)幾乎每天都會(huì)出現(xiàn)新的應(yīng)用。據(jù)Kenneth Research的一份最新報(bào)告預(yù)測，到2022年，汽車行業(yè)協(xié)作機(jī)器人的出貨量和銷售收益將以每年43%或更高的速度增長。 在其他領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人還可用于執(zhí)行各種不同的任務(wù)。例如，在金屬行業(yè)中，它們能夠執(zhí)行拋光和去毛刺操作等一系列傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型任務(wù)。自動(dòng)化專業(yè)機(jī)構(gòu)WiredWorkers的一份報(bào)告指出，協(xié)作機(jī)器人能夠以一致且可重復(fù)的方式拋光平坦或者不平整的表面，而且能夠很好的控制力量，快速改變新產(chǎn)品的外觀。它們也越來越多地被用于計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)床的裝卸，不需要操作人員執(zhí)行體力勞動(dòng)，甚至是危險(xiǎn)任務(wù)。 即使在創(chuàng)客市場，協(xié)作機(jī)器人也有用武之地。增材制造初創(chuàng)公司開始使用協(xié)作機(jī)器人提供個(gè)性化3D打印服務(wù)（圖3）。協(xié)作機(jī)器人可用于打造各種不同的成品和雕刻品（即流行的電子消費(fèi)品定制配件）。此外，珠寶行業(yè)的工匠們也正在緊鑼密鼓的研究如何借助于協(xié)作機(jī)器人來挑選、放置和裝飾寶石。

圖3：3D打印機(jī)可以借助于各種協(xié)作機(jī)器人制作定制化部件（來源：Alex_Traksel/shutterstock.com）

改變對自動(dòng)化的態(tài)度協(xié)作機(jī)器人在很多行業(yè)都有很大的發(fā)展空間。盡管應(yīng)用范圍和市場廣度會(huì)因行業(yè)而異，但必須始終考慮一個(gè)因素：自動(dòng)化認(rèn)知上的轉(zhuǎn)變。大家對于自動(dòng)化的最初認(rèn)知是，機(jī)器人被固定在安全圍欄內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。然而，在工業(yè)5.0時(shí)代，機(jī)器人和人類必須作為合作者而不是競爭對手，在完全改變心態(tài)的基礎(chǔ)上建立關(guān)系。

世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布了一份關(guān)于2022年全球技能需求變化的評估報(bào)告。隨著自動(dòng)化的日趨復(fù)雜化以及在關(guān)鍵領(lǐng)域的日益普及，一些傳統(tǒng)角色無疑將會(huì)消失，被其他新興學(xué)科所取代。這些新興學(xué)科主要集中在大數(shù)據(jù)分析、人工智能、軟件和應(yīng)用以及數(shù)字轉(zhuǎn)型等領(lǐng)域。所有這些新角色都能很好地融入工業(yè)5.0，實(shí)現(xiàn)更密切的人機(jī)協(xié)作。這份報(bào)告顯示，這一轉(zhuǎn)變可能導(dǎo)致1.33億個(gè)新角色的產(chǎn)生，同時(shí)精簡掉約7500萬個(gè)工作崗位，這意味著自動(dòng)化程度的提高將從整體上帶來凈效益。

打造更智能的生產(chǎn)系統(tǒng)

工業(yè)技術(shù)一直處于飛速發(fā)展態(tài)勢。工業(yè)4.0和工業(yè)5.0可能是當(dāng)下非常流行的概念，它們也確實(shí)改變了高度自動(dòng)化環(huán)境中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)方式。這種轉(zhuǎn)變將不斷地促進(jìn)人機(jī)共生關(guān)系。正是這種能力的交織，才有可能創(chuàng)造出未來更智能、更高效的工廠。