如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)5.0？與應(yīng)用的領(lǐng)域，協(xié)同機(jī)器人是關(guān)鍵突破口

技術(shù)的發(fā)展永遠(yuǎn)不會(huì)止步，在尖端制造業(yè)中尤其如此，這與其他任何行業(yè)也基本類似。以工業(yè)4.0為例，正如我們被此概念所灌輸那樣，通過(guò)構(gòu)建高度自動(dòng)化的工廠環(huán)境，其中傳感器、數(shù)據(jù)處理、連接和云計(jì)算等技術(shù)的整合能夠帶來(lái)更多業(yè)務(wù)收益。隨后又出現(xiàn)了工業(yè)5.0，一種新的概念將人類重新引入制造過(guò)程。工業(yè)5.0有望打造一個(gè)誘人的新世界，其中機(jī)器人和人類將以前所未有的方式進(jìn)行協(xié)作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模定制等新概念。究竟會(huì)發(fā)生什么？工業(yè)5.0是否真的會(huì)改變我們?cè)O(shè)計(jì)和構(gòu)建未來(lái)智能產(chǎn)品的方式？

首先，讓我們先退一步，回顧一下工業(yè)4.0如何改變了多個(gè)領(lǐng)域的制造業(yè)。這種轉(zhuǎn)變的起點(diǎn)很大程度上是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的出現(xiàn)，基于傳感器技術(shù)的重大進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)體積更小、價(jià)格更便宜和性能更高的設(shè)備。隨著傳感器性能提高，這些設(shè)備已在許多任務(wù)廠中得到廣泛應(yīng)用，從而可以從大量的工業(yè)設(shè)備中收集數(shù)據(jù)。由于無(wú)處不在的連接性，這些數(shù)據(jù)能夠快速傳輸?shù)皆贫?，之后進(jìn)行處理和分析，并越來(lái)越多地使用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)來(lái)提供實(shí)時(shí)決策。這種基于IoT的流程是工業(yè)4.0的核心原則，自動(dòng)化的廣泛使用和數(shù)據(jù)收集可以帶來(lái)真正的業(yè)務(wù)收益。

但這里也存在一個(gè)問(wèn)題，這種高度自動(dòng)化環(huán)境只能在特定層面發(fā)揮作用。例如，作為生產(chǎn)流程中預(yù)先確定的一部分，機(jī)器人執(zhí)行一系列重復(fù)功能，在制造過(guò)程中，使用機(jī)器人技術(shù)可提供極高的一致性和可重復(fù)性。如果您希望產(chǎn)品的外觀和感覺(jué)大致相同，那會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)。但是，如果客戶想要不同的產(chǎn)品怎么辦？如果制造出的產(chǎn)品要求不同裝飾或個(gè)性化又該怎么辦？在消費(fèi)者期望變得越來(lái)越復(fù)雜的世界中，這種可能性越來(lái)越大。

這就是Industry 5.0的用武之地。在這種新模式下，人類被重新引入?yún)⑴c到制造過(guò)程，增加了他們與智能機(jī)器的協(xié)作，甚至需要在工廠車(chē)間與機(jī)器人并肩工作。據(jù)說(shuō)，工業(yè)5.0將能夠?qū)崿F(xiàn)兩全其美，即可以把公認(rèn)的機(jī)器人技術(shù)優(yōu)勢(shì)與人類先進(jìn)的批判性思考等認(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，而人類能夠監(jiān)督更高水平的產(chǎn)品定制。在汽車(chē)，消費(fèi)電子產(chǎn)品和珠寶等多個(gè)領(lǐng)域，甚至對(duì)精釀啤酒等行業(yè)，這都是令人興奮的想法，在這些產(chǎn)品上添加觸感體驗(yàn)可以提高產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者的吸引力。

如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)5.0

工業(yè)5.0是一個(gè)概念，但現(xiàn)實(shí)又是怎么樣？如何以確定的方式應(yīng)用工業(yè)5.0，以提高未來(lái)工廠的效率和多功能性？最重要的考慮因素之一是人與機(jī)器之間的物理接口。從歷史上看，機(jī)械臂一直被配置在安全罩后面，以防止人類受到傷害。但是在工業(yè)5.0新世界中，無(wú)論從字面意義還是在象征意義上，都需要建立更緊密的關(guān)系。

看來(lái)，這將通過(guò)開(kāi)發(fā)新一代輕型協(xié)同機(jī)器人（cobot）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)器人具有一系列定位傳感器，使它們能夠在瞬間對(duì)周?chē)と说拇嬖谧龀龇磻?yīng)。這些更小、更快、更靈活的協(xié)同機(jī)器人對(duì)于工業(yè)5.0的發(fā)展至關(guān)重要，因?yàn)橄冗M(jìn)的安全特性將使人類能夠在更廣泛的生產(chǎn)過(guò)程中占據(jù)中心位置。在自動(dòng)化領(lǐng)域中，這一因素并沒(méi)有被忽視，ABB，F(xiàn)anuc、西門(mén)子和Kuka等全球工業(yè)機(jī)器人制造商加入了丹麥的通用機(jī)器人（Denmark’s Universal Robots）等專業(yè)機(jī)構(gòu)，以便設(shè)計(jì)和推出新系列的協(xié)同機(jī)器人產(chǎn)品。實(shí)際上，根據(jù)BIS Research最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，全球協(xié)同機(jī)器人市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2018年的5.8億美元增長(zhǎng)到2024年令人難以置信的90億美元。

協(xié)同機(jī)器人進(jìn)展

隨著越來(lái)越多的玩家進(jìn)入市場(chǎng)，協(xié)同機(jī)器人的能力已經(jīng)得到了快速提升。早期的產(chǎn)品型號(hào)體積很小，主要用來(lái)與人類一起執(zhí)行輕型裝配任務(wù)。這些開(kāi)創(chuàng)性的桌面機(jī)械臂通常重約10公斤，有效載荷為3公斤。這種尺寸和功能使其非常適合固定螺絲等自動(dòng)化工作臺(tái)活動(dòng)。

但是，隨著時(shí)代進(jìn)步，協(xié)同機(jī)器人已經(jīng)變得越來(lái)越大，功能越來(lái)越強(qiáng)，最新的機(jī)械臂有效載荷已經(jīng)是當(dāng)年機(jī)器人的五倍。尺寸的增大，更加擴(kuò)展的夾具和工具范圍，以及更直觀的編程，已經(jīng)開(kāi)辟了更廣泛的應(yīng)用，例如重型機(jī)械加工、物料搬運(yùn)、包裝以及處理螺絲和螺母等等。這些機(jī)械臂甚至可以在生產(chǎn)線員工附近使用，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)安裝了完整的接近、距離和位置傳感器。

探尋工業(yè)5.0應(yīng)用

隨著協(xié)同機(jī)器人性能提高，在工業(yè)環(huán)境中對(duì)機(jī)械臂的采用也在增加，并且出現(xiàn)了許多令人興奮的新應(yīng)用。汽車(chē)行業(yè)一直是最早的采用領(lǐng)域，例如，PSA Group（其品牌包括Peugeot、Citro?n、Opel和Vauxhall）在其白車(chē)身（body-in-white）裝配線上使用協(xié)同機(jī)器人進(jìn)行螺絲擰緊等應(yīng)用。在這種情況下，操作員將協(xié)同機(jī)器人拉到位，在汽車(chē)沿生產(chǎn)線向下移動(dòng)時(shí)將螺釘固定在車(chē)輛的兩側(cè)。完成后，協(xié)同機(jī)器人旋轉(zhuǎn)并返回到靜止位置，然后再次工作于下一輛車(chē)輛。PSA表示，這種方式既節(jié)省成本，又改進(jìn)了幾何公差。

其他汽車(chē)制造商也同樣積極地在制造工廠內(nèi)部使用協(xié)同機(jī)器人。BMW已使用協(xié)同機(jī)器人執(zhí)行了碰撞罐（crash-can）組件的鉚接制程，這些工作過(guò)去一直是手工進(jìn)行。當(dāng)員工進(jìn)行其他裝配任務(wù)時(shí)，使用協(xié)同機(jī)器人將鉚釘固定到位，對(duì)縮短周期時(shí)間產(chǎn)生了巨大影響，完成時(shí)間從64秒縮短到52秒。

汽車(chē)供應(yīng)商也開(kāi)始采取類似行動(dòng)，組件制造商在生產(chǎn)線末端使用協(xié)同機(jī)器人來(lái)執(zhí)行關(guān)鍵的檢測(cè)任務(wù)。在汽車(chē)領(lǐng)域，似乎幾乎每天都有新應(yīng)用出現(xiàn)，Kenneth Research最新報(bào)告預(yù)測(cè)，到2022年，汽車(chē)領(lǐng)域協(xié)同機(jī)器人導(dǎo)致的出貨和銷(xiāo)售收入將以每年約43％的速度增長(zhǎng)。

在其他領(lǐng)域，協(xié)同機(jī)器人正在用于多種不同的任務(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(dòng)，執(zhí)行傳統(tǒng)上工人完成的勞動(dòng)密集型任務(wù)。根據(jù)自動(dòng)化專業(yè)機(jī)構(gòu)WiredWorkers的報(bào)告，協(xié)同機(jī)器人已被證明能夠一致且重復(fù)地拋光平坦和不平坦的表面，對(duì)于力的控制易于編程，并且針對(duì)新產(chǎn)品能夠快速更改設(shè)置。協(xié)同機(jī)器人也越來(lái)越多地用于CNC機(jī)器的裝卸，從而使金屬行業(yè)工人不必執(zhí)行那些對(duì)體力要求苛刻，有時(shí)甚至是危險(xiǎn)的任務(wù)。

即使在制造市場(chǎng)，協(xié)同機(jī)器人也正在擔(dān)當(dāng)新的角色。添加劑制造初創(chuàng)企業(yè)開(kāi)始使用這些機(jī)器人來(lái)提供3D打印零件個(gè)性化設(shè)置。在這里，協(xié)同機(jī)器人可用于幫助創(chuàng)建不同的飾面和雕刻圖案，例如可為消費(fèi)性電子設(shè)備創(chuàng)建真正的定制特性，這種做法可能很受歡迎。在珠寶領(lǐng)域，工匠們正在研究如何使用機(jī)器人來(lái)輔助寶石的拾取、放置和裝飾。

對(duì)自動(dòng)化態(tài)度的改變

那么，顯而易見(jiàn)的是，協(xié)同機(jī)器人在許多行業(yè)中都具有很大潛力。盡管由于行業(yè)不同，它們的應(yīng)用范圍和程度相差很大，但有一個(gè)問(wèn)題必須共同考慮：這就是需要在文化層面改變對(duì)自動(dòng)化的態(tài)度。自動(dòng)化的歷史是基于相當(dāng)確定的參數(shù)，機(jī)器人大多在圍欄后面執(zhí)行任務(wù)。但是，在工業(yè)5.0的全新世界中，機(jī)器人和人類本身必須作為協(xié)同者，而不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來(lái)一起工作，并需要心態(tài)的完全轉(zhuǎn)變來(lái)建立一種新型關(guān)系。

這些又進(jìn)入圍繞自動(dòng)化和是否需要人工干預(yù)展開(kāi)的更廣泛辯論。主導(dǎo)的思想流派一直認(rèn)為，機(jī)器設(shè)備的發(fā)展最終將導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)部門(mén)廣泛失業(yè)。工業(yè)5.0改變了人們辯論的話題，人類得以重新進(jìn)入其中價(jià)值鏈，從而可以繼續(xù)扮演更多的增值角色。

世界經(jīng)濟(jì)論壇（World Economic Forum）的一份重要報(bào)告調(diào)查結(jié)果也反映了這一點(diǎn)，該報(bào)告評(píng)估了2022年全球技能需求變化概況。隨著自動(dòng)化變得越來(lái)越復(fù)雜，并且在關(guān)鍵領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用，某些傳統(tǒng)行業(yè)無(wú)疑將消失。但是這些將不可避免地被其他新興學(xué)科所取代，這些新學(xué)科專注于大數(shù)據(jù)分析、人工智能、軟件和應(yīng)用以及數(shù)字轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。所有這些新行業(yè)都能夠很好地適應(yīng)工業(yè)5.0的世界，從而加強(qiáng)了人和機(jī)器關(guān)系的協(xié)同性。實(shí)際上，根據(jù)該報(bào)告，這種轉(zhuǎn)變很可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生1.33億個(gè)新職位，同時(shí)造成約7500萬(wàn)個(gè)工作崗位流失，這表明自動(dòng)化程度的提高總體上將帶來(lái)巨大的凈收益。

通往更智能生產(chǎn)系統(tǒng)之路

總而言之，我們可以看到工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步仍在繼續(xù)加速發(fā)展，工業(yè)4.0和工業(yè)5.0可能只是引起關(guān)注的流行語(yǔ)。盡管如此，它們卻描繪出了在高度自動(dòng)化環(huán)境中設(shè)計(jì)、構(gòu)建和維護(hù)產(chǎn)品方式的真正變化。這種轉(zhuǎn)變將越來(lái)越多地導(dǎo)致機(jī)器與人類思想之間的共生關(guān)系，正是這種交織在一起的能力，才有可能創(chuàng)建未來(lái)更智能、更高效的工廠。
編輯：lyn