毫無疑問，技術(shù)永遠不會停滯不前！在尖端制造業(yè)的世界里，這一點與其他任何領域一樣真實。以工業(yè)4.0為例。正當我們對創(chuàng)建高度自動化的工廠環(huán)境的概念有所了解時，傳感器、數(shù)據(jù)處理、連通性和云計算等技術(shù)結(jié)合起來為企業(yè)帶來效益。因此，工業(yè)5.0也隨之而來，這是一種新的模式，將人類重新引入到這個循環(huán)中。工業(yè)5.0承諾了一個誘人的新世界，在這個世界里，機器人和人以曾經(jīng)被認為不可能的方式進行合作，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是否會改變我們設計和建造未來更智能產(chǎn)品的方式？

首先，讓我們回過頭來看看工業(yè)4.0是如何改變眾多行業(yè)的制造業(yè)的。這一轉(zhuǎn)變的起點是物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，它基于傳感器技術(shù)的重大進步，導致了更小、更便宜、性能更好的傳感器。利用改進的性能，這些傳感器已被部署到整個工廠車間，從而能夠從更廣泛的工業(yè)設備中收集數(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，在那里進行處理和分析，越來越多地使用機器學習和人工智能等技術(shù)來提供實時洞察力。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)。

這就帶來了一個問題。這種高度自動化的環(huán)境只在一定程度上運作良好。例如，在制造業(yè)中使用機器人可以提供巨大的一致性和可重復性，執(zhí)行一系列的重復性功能，作為預先定義的一套生產(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。如果你希望對正在生產(chǎn)的產(chǎn)品進行點綴或個性化處理，那該怎么辦？在一個消費者的期望越來越高的世界里，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可以提供兩個世界中最好的東西，機器人的公認優(yōu)勢與人類在批判性思維等領域的先進認知能力相融合。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、消費電子和珠寶等不同領域是一個令人興奮的想法，甚至對于精釀啤酒等產(chǎn)品來說也是如此，因為在這些產(chǎn)品上添加標簽可以帶來更高的消費者吸引力。

如何實現(xiàn)工業(yè) 5.0

這就是概念，但現(xiàn)實呢？如何以明確的方式應用工業(yè)5.0來提高未來工廠的效率和多功能性？最重要的考慮之一是人類和機器之間的物理接口。從歷史上看，機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系--無論是字面意義還是形象意義。

這顯然將由新一代輕型協(xié)作機器人（cobots）的發(fā)展來實現(xiàn)，其特點是有一套位置傳感器，使它們能夠在一瞬間對工人的存在作出反應。這些更小、更快、更靈活的cobots的引入是工業(yè)5.0進展的基礎。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。這一因素在自動化世界中并沒有被忽視，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環(huán)球機器人公司等更專業(yè)的公司，設計和推出新系列的cobot產(chǎn)品。根據(jù)BIS Research最近的一項研究，預計全球cobot市場將從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

隨著越來越多的參與者進入市場，協(xié)作機器人的能力也迅速加快了。早期的模型尺寸較小，被設計為與人類一起執(zhí)行輕型裝配任務。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化工作臺活動的理想選擇。

不過，隨著時間的推移，機器人已經(jīng)變得更大、更強大，最新的機器人手臂的有效載荷能力是其同時代的五倍。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)開辟了更廣泛的應用范圍，包括重型機器維護、材料處理、包裝和簡單的工作臺活動。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)作機器人可在生產(chǎn)工人附近使用以執(zhí)行各種任務。

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)是早期采用者。PSA 集團——其品牌包括標致、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。在一個這樣的案例中，操作人員將協(xié)作機器人拉到位，以便在車輛沿著生產(chǎn)線移動時固定車輛兩側(cè)的螺釘。完成后，協(xié)作機器人會旋轉(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)作機器人時也同樣積極主動。BMW 已應用協(xié)作機器人執(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執(zhí)行的。使用協(xié)作機器人，在員工繼續(xù)其他裝配任務時將鉚釘固定到位，對周期時間產(chǎn)生了巨大影響，節(jié)拍時間（從一個單元開始生產(chǎn)到下一個單元開始生產(chǎn)之間的平均時間單位）從 64 秒下降到 52 秒。

汽車供應商也開始行動起來，零部件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)作機器人來執(zhí)行關鍵的檢測任務。在汽車行業(yè)，幾乎每天都會發(fā)現(xiàn)新的應用，Kenneth Research 最近的一份報告預測，到 2022 年，汽車協(xié)作機器人的出貨量和銷售收入將以每年 43% 或更多的速度增長。

在其他領域，協(xié)作機器人被用于執(zhí)行非常不同的任務。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)上勞動密集型的任務。根據(jù)自動化專家 WiredWorkers 的一份報告，協(xié)作機器人已被證明能夠以一致且可重復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)品的設置。它們也越來越多地用于計算機數(shù)控 (CNC) 機器的裝卸，從而使金屬行業(yè)的工人不必執(zhí)行體力要求高且有時危險的任務。

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 打印部件的個性化（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)，工匠正在研究如何使用協(xié)作機器人來協(xié)助寶石的挑選、放置和裝飾。

圖 3：3D 打印機可以為不同的協(xié)作機器人制作個性化部件。

改變對自動化的態(tài)度

協(xié)作機器人在廣泛的行業(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常數(shù)：需要在文化上轉(zhuǎn)變對自動化的態(tài)度。自動化的歷史一直基于相當成熟的參數(shù)，機器人大多在圍欄區(qū)域后面執(zhí)行任務。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者，在徹底改變思維方式的基礎上建立關系。

這引發(fā)了圍繞自動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為，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 改變了爭論，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)濟論壇報告的調(diào)查結(jié)果中，該報告評估了到 2022 年全球技能需求的變化面貌。隨著自動化變得更加復雜并且在關鍵部門中得到更廣泛的應用，一些傳統(tǒng)角色無疑將消失。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、軟件和應用程序以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型等領域的新興學科所取代。所有這些新角色都非常適合工業(yè) 5.0 的世界，支持人機關系更具協(xié)作性。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會帶來凈收益。

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，但它們確實包含了我們在高度自動化環(huán)境中設計、構(gòu)建和維護產(chǎn)品的方式的真正變化。這種轉(zhuǎn)變將越來越多地導致機器和人類思維之間更加共生的關系。正是這種能力的交織，才有可能創(chuàng)造出更智能、更高效的未來工廠。