技術(shù)進步是前沿制造業(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就是一個很好的例子。高度自動化的工廠環(huán)境這個創(chuàng)新概念將傳感器、數(shù)據(jù)處理、連接和云計算等技術(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)示著一個誘人的新世界的到來，到那時機器人和人類將以一度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，工業(yè)5.0這個概念是如何產(chǎn)生的？它又能否改變未來智能產(chǎn)品的設(shè)計和制造方式？

首先，讓我們回顧一下工業(yè)4.0對多個領(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。這些性能更優(yōu)的傳感器部署在了工廠的各個車間，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，在云中進行處理和分析，同時機器學習和人工智能等技術(shù)的廣泛采用讓我們能夠獲得實時洞察能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)4.0的核心，其中自動化的廣泛運用和數(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） 這就引出了一個問題：這種高度自動化的環(huán)境只能在某種程度上正常運行。例如，在制造業(yè)的預(yù)定義生產(chǎn)過程中，使用機器人來執(zhí)行一系列重復的操作，可以提供極大的一致性和可重復性。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？隨著消費者需求的日益多元化，這種情況發(fā)生的概率也會越來越大。

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，增加人與智能機器的協(xié)作，達到并肩工作的效果。工業(yè)5.0可以將機器人技術(shù)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)督更高層次的產(chǎn)品定制。對于汽車、消費電子產(chǎn)品、珠寶，以及通過增加標簽觸感提升消費者吸引力的精釀啤酒等產(chǎn)品來說，無疑是一個令人振奮的消息。

如何實現(xiàn)工業(yè)5.0上面只是提出了工業(yè)5.0這個概念，但具體該如何實現(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)注的是人與機器之間的物理接口。從歷史上看，機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)作機器人的開發(fā)顯然可以實現(xiàn)這一愿景。該機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)作機器人的引入是工業(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)主導地位。在自動化領(lǐng)域，這一因素并沒有被忽視，ABB、Fanuc、Siemens和Kuka等全球工業(yè)機器人制造商，都與丹麥通用機器人等專業(yè)機構(gòu)一道，設(shè)計和推出了新的協(xié)作機器人系列產(chǎn)品。根據(jù)BIS最近的一項研究報告顯示，預(yù)計到2024年，全球協(xié)作機器人市場將從2018年的5.8億美元增長到90億美元。

開發(fā)協(xié)作機器人隨著越來越多的玩家進入市場，協(xié)作機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)性的桌面機械手臂通常重約10公斤，有效載荷為3公斤，成為了自動化工作臺操作的理想選擇。 不過，隨著時間的推移，協(xié)作機器人的體積變得越來越龐大，功能也越來越強，最新的機械手臂有效載荷能力是同時期的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)作機器人有了更大的發(fā)展空間，可用于執(zhí)行重型機械操作、材料搬運、簡單的工作臺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)作機器人性能的提高，協(xié)作機器人手臂在工業(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集團旗下品牌標致、雪鐵龍、歐寶和沃克斯豪爾都采用協(xié)作機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)作機器人安放到位，在車輛沿生產(chǎn)線向下移動時固定其兩側(cè)的螺釘。固定完成后，協(xié)作機器人旋轉(zhuǎn)回靜止位置，對下一輛汽車進行操作。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)作機器人。寶馬運用協(xié)作機器人來執(zhí)行撞車罐總成鉚接過程的某些操作，以取代之前的手動操作。在工人執(zhí)行其他裝配任務(wù)時，由協(xié)作機器人將鉚釘固定到位可以大大縮短生產(chǎn)周期，將節(jié)拍時間（從一臺機組開始生產(chǎn)到下一臺機組開始生產(chǎn)的平均時間間隔）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)作機器人。比如，元器件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)作機器人來執(zhí)行關(guān)鍵的檢查任務(wù)。汽車行業(yè)幾乎每天都會出現(xiàn)新的應(yīng)用。據(jù)Kenneth Research的一份最新報告預(yù)測，到2022年，汽車行業(yè)協(xié)作機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)的勞動密集型任務(wù)。自動化專業(yè)機構(gòu)WiredWorkers的一份報告指出，協(xié)作機器人能夠以一致且可重復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算機數(shù)控（CNC）機床的裝卸，不需要操作人員執(zhí)行體力勞動，甚至是危險任務(wù)。 即使在創(chuàng)客市場，協(xié)作機器人也有用武之地。增材制造初創(chuàng)公司開始使用協(xié)作機器人提供個性化3D打印服務(wù)（圖3）。協(xié)作機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)作機器人來挑選、放置和裝飾寶石。

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

改變對自動化的態(tài)度協(xié)作機器人在很多行業(yè)都有很大的發(fā)展空間。盡管應(yīng)用范圍和市場廣度會因行業(yè)而異，但必須始終考慮一個因素：自動化認知上的轉(zhuǎn)變。大家對于自動化的最初認知是，機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時代，機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告。隨著自動化的日趨復雜化以及在關(guān)鍵領(lǐng)域的日益普及，一些傳統(tǒng)角色無疑將會消失，被其他新興學科所取代。這些新興學科主要集中在大數(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，實現(xiàn)更密切的人機協(xié)作。這份報告顯示，這一轉(zhuǎn)變可能導致1.33億個新角色的產(chǎn)生，同時精簡掉約7500萬個工作崗位，這意味著自動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可能是當下非常流行的概念，它們也確實改變了高度自動化環(huán)境中產(chǎn)品的設(shè)計、構(gòu)建和維護方式。這種轉(zhuǎn)變將不斷地促進人機共生關(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。