工业5.0将人类重新带入循环

技术永远不会停滞不前——这在尖端制造业世界和在任何其他领域都是如此。以工业 4.0 为例。正如我们已经围绕创建高度自动化的工厂环境的概念（其中传感器、数据处理、连接和云计算等技术结合起来以提供商业利益）出现了工业 5.0，这是一种重新引入人类的新范式。循环。工业 5.0 承诺了一个诱人的新世界，机器人和人以曾经被认为不可能的方式进行协作，从而实现大规模定制等新概念。那么，到底发生了什么？工业 5.0 是否会改变我们设计和构建未来更智能产品的方式？

首先，让我们退后一步，看看工业 4.0 如何改变了众多行业的制造业。这种转变的大部分起点是物联网 (IoT) 的出现，它基于传感器技术的重大进步，这导致了更小、更便宜和性能更好的传感器。通过提高性能，这些传感器已部署在工厂车间，能够从更广泛的工业设备收集数据（图 1）。由于无处不在的连接，这些数据可以快速发送到云端，在那里可以对其进行处理和分析，越来越多地使用机器学习和人工智能等技术来提供实时洞察。这种支持物联网的流程是工业 4.0 的核心原则——自动化的广泛使用和数据的收集可以提供真正的商业利益。

 

图 1：借助新的传感器技术，工厂车间能够收集更多数据。（来源：Macrovector/shutterstock.com）

这带来了一个问题：这种高度自动化的环境只能在一定程度上运行良好。例如，在制造中使用机器人技术可以提供极高的一致性和可重复性，执行一系列重复性功能，作为预定义的一组生产过程的一部分。如果您希望产品的外观和感觉大致相同，那很好。如果想要对正在制造的产品进行装饰或个性化怎么办？在消费者期望变得越来越复杂的世界中，这种情况越来越可能发生。

这就是工业 5.0 的用武之地。在这种新范式下，人类被重新引入循环，增加了他们与智能机器的协作——达到了在工厂车间并肩工作的程度。工业 5.0 可以实现两全其美，将机器人的公认优势与人类在批判性思维等领域的先进认知能力相结合。在这个更加多元化的环境中，生产线可以变得更加智能，人类能够监督更高水平的产品定制。在汽车、消费电子产品和珠宝等不同领域，甚至在精酿啤酒等产品中，这是一个令人兴奋的想法，在这些领域中，增加标签的触感可以提高消费者的吸引力。

如何交付工业 5.0

这就是概念，但现实呢？如何以明确的方式应用工业 5.0 来提高未来工厂的效率和多功能性？最重要的考虑因素之一是人与机器之间的物理接口。从历史上看，机械臂一直放置在安全笼后面，使人类免受伤害。但在新世界中，需要建立更紧密的关系——无论是字面意义上的还是比喻意义上的。

这显然将通过开发新一代轻量级协作机器人（cobots)，具有一套位置传感器，使他们能够在瞬间对工人的存在做出反应。引入这些更小、更快、更灵活的协作机器人是工业 5.0 发展的基础。先进的安全特性将使人类在更广泛的生产过程中占据中心位置。这一因素在自动化领域并没有被忽视，ABB、Fanuc、西门子和库卡等全球工业机器人制造商加入了丹麦通用机器人等更专业的公司，设计和推出了新的协作机器人产品系列。根据 BIS Research 最近的一项研究，全球协作机器人市场预计将从 2018 年的 5.8 亿美元增长到 2024 年的 90 亿美元。

协作机器人的发展

随着越来越多的玩家进入市场，协作机器人的能力迅速提升。早期的模型体积很小，旨在与人类一起执行轻型装配任务。这些开创性的桌面臂通常重约 10 公斤，有效载荷为 3 公斤。这种尺寸和功能使它们成为自动化工作台活动的理想选择。

然而，随着时间的推移，协作机器人变得更大、更强大，最新的手臂的有效载荷能力是同时代机器人的五倍。更大的尺寸、更广泛的夹持器和工具以及更直观的编程，开辟了更广泛的应用范围，包括重型机械管理、材料处理、包装和简单的工作台活动。这些臂安装有接近度、距离和位置传感器，可在生产线员工附近使用（图 2）。

图 2：工业臂协作机器人可在生产工人附近用于各种任务。（来源：Alexander Tolstykh/shutterstock.com）

寻找工业 5.0 用例

随着协作机器人性能的提高，协作机器人手臂在工业环境中的采用也有所增加。汽车行业一直是早期采用者。PSA 集团——其品牌包括标致、雪铁龙、欧宝和沃克斯豪尔——在其白车身装配线上使用协作机器人驱动螺丝。在这样一种情况下，操作人员将协作机器人拉到适当的位置，以便在车辆沿生产线向下移动时将螺钉固定在车辆的两侧。完成后，协作机器人旋转并返回到静止位置，然后再次用于下一辆车。PSA 表示，这种应用既节省了成本，又提高了几何公差。

在制造工厂内使用协作机器人时，其他汽车制造商也同样积极主动。宝马已经应用协作机器人来执行碰撞罐组件铆接过程的某些方面，这些过程在历史上都是手动进行的。使用协作机器人，在员工继续其他装配任务时将铆钉固定到位，对周期时间和节拍时间（一个单元开始生产到下一个单元开始生产之间的平均时间）产生了巨大影响单位）从 64 秒下降到 52 秒。

汽车供应商也参与其中，零部件制造商在生产线末端使用协作机器人来执行关键检查任务。在汽车行业，几乎每天都能发现新的应用，Kenneth Research 最近的一份报告预测，到 2022 年，汽车领域的协作机器人的出货量和销售收入将以每年约 43% 或更高的速度增长。

在其他领域，协作机器人被用于非常不同类型的任务。例如，在金属行业，它们被用于执行一系列抛光和去毛刺活动，执行传统上是一项劳动密集型任务。根据自动化专家 WiredWorkers 的一份报告，协作机器人已被证明可以以一致且可重复的方式抛光平坦和不平坦的表面，力控制易于编程，并且能够快速更改新产品的设置。它们也越来越多地用于计算机数控 (CNC) 机器的装载和卸载，从而使金属行业的工人免于执行可能对体力要求很高且有时很危险的任务。

即使在创客市场，协作机器人也在寻找新的角色。增材制造初创公司开始使用它们来提供 3D 打印零件的个性化（图 3）。在这里，协作机器人可用于帮助创建不同的饰面和雕刻——这在为消费电子设备创建真正定制的配件时可能会很受欢迎。此外，在珠宝行业，工匠们正在研究如何使用协作机器人来协助挑选、放置和装饰宝石。

图 3： 3D 打印机可以为不同的协作机器人制作个性化零件。（来源：Alex_Traksel/shutterstock.com）

改变对自动化的态度

协作机器人在广泛的行业中具有潜力。但是，尽管它们的使用范围和程度因行业而异，但始终必须考虑一个常数：对自动化态度的文化转变的必要性。自动化的历史一直基于相当确定的参数，机器人大多在围栏区域后面发挥作用。然而，在工业 5.0 的美好新世界中，机器人和人类必须作为合作者而不是竞争对手，在彻底改变思维方式的基础上建立关系。

这引发了围绕自动化与人工输入要求之间的冲突的更广泛辩论。盛行的思想流派一直是机器的进步最终会转化为整个工业部门的广泛失业。工业 5.0 改变了这种争论，将人类重新引入混合环境，让他们扮演更多增值角色。

这反映在世界经济论坛的调查结果中报告，评估到 2022 年全球技能需求的变化面貌。随着自动化变得越来越复杂，在关键领域的应用越来越广泛，一些传统角色无疑将消亡。但这些将不可避免地被其他新兴学科所取代，这些学科专注于大数据分析、人工智能、软件和应用程序以及数字化转型等领域。所有这些新角色都巧妙地融入了工业 5.0 的世界，支撑着人机关系更具协作性的本质。根据该报告，这种转变可能会带来 1.33 亿个新职位，同时造成约 7500 万个工作岗位流失——这​​表明自动化程度的提高总体上将带来净收益。

走向更智能的生产系统

工业部门的技术进步继续快速发展。工业 4.0 和工业 5.0 可能是引人注目的流行语，但它们确实体现了我们在高度自动化环境中设计、构建和维护产品的方式的真正变化。这种转变将越来越多地导致机器和人类思维之间更加共生的关系。正是这种相互交织的能力具有创造未来更智能、更高效工厂的潜力。

审核编辑：符乾江