技術進步是前沿制造業乃至其他任何行業發展的重要因素之一。工業4.0就是一個很好的例子。高度自動化的工廠環境這個創新概念將傳感器、數據處理、連接和云計算等技術結合在一起，不僅帶來了商業利益，還催生出了重新引入了人性化元素的工業5.0這一全新的概念。工業5.0預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，從而實現大規模定制等新概念。那么，工業5.0這個概念是如何產生的？它又能否改變未來智能產品的設計和制造方式？

首先，讓我們回顧一下工業4.0對多個領域生產方式所帶來的轉變。物聯網（IoT）是傳感器技術的重大進步，它的出現成就了尺寸更小、成本更低、性能更好的傳感器，也是生產方式轉變的轉折點。這些性能更優的傳感器部署在了工廠的各個車間，能夠收集更多工業設備數據（圖1）。借助無處不在的連接，這些數據可以快速地發送到云，在云中進行處理和分析，同時機器學習和人工智能等技術的廣泛采用讓我們能夠獲得實時洞察能力。物聯網技術是工業4.0的核心，其中自動化的廣泛運用和數據采集功能帶來了真正的商業利益。

圖1：新傳感技術的采用讓車間能夠收集到更多的數據（來源：Macrovector/shutterstock.com） 這就引出了一個問題：這種高度自動化的環境只能在某種程度上正常運行。例如，在制造業的預定義生產過程中，使用機器人來執行一系列重復的操作，可以提供極大的一致性和可重復性。想讓產品擁有基本一致的外觀，可以采用這種生產方式。但如果想要美化或者定制產品呢？隨著消費者需求的日益多元化，這種情況發生的概率也會越來越大。

這就是工業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作，達到并肩工作的效果。工業5.0可以將機器人技術的公認優勢與人類在批判性思維等領域的先進認知能力相結合。在這個更加多元化的環境中，生產線可以變得更加智能，人類能夠監督更高層次的產品定制。對于汽車、消費電子產品、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品來說，無疑是一個令人振奮的消息。

如何實現工業5.0上面只是提出了工業5.0這個概念，但具體該如何實現呢？如何完美地應用工業5.0以提高未來工廠的效率和多功能性？首先需要關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5.0環境下，無論是從字面意義還是深層意義來看，都需要更緊密的關聯性。

新一代輕量級協作機器人的開發顯然可以實現這一愿景。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。這些更小、更快、更靈活的協作機器人的引入是工業5.0發展的基礎。先進的安全特性將使人類在更廣泛的生產過程中占據主導地位。在自動化領域，這一因素并沒有被忽視，ABB、Fanuc、Siemens和Kuka等全球工業機器人制造商，都與丹麥通用機器人等專業機構一道，設計和推出了新的協作機器人系列產品。根據BIS最近的一項研究報告顯示，預計到2024年，全球協作機器人市場將從2018年的5.8億美元增長到90億美元。

開發協作機器人隨著越來越多的玩家進入市場，協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行輕型裝配任務。這些開創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，讓協作機器人有了更大的發展空間，可用于執行重型機械操作、材料搬運、簡單的工作臺操作以及包裝等任務。這些臂架安裝有接近、距離和位置傳感器，可在靠近生產線員工的地方使用（圖2）。

圖2：工業機器人手臂可以在生產工人附近執行各種任務（來源：Alexander Tolstykh/shutterstock.com）

工業5.0應用案例隨著協作機器人性能的提高，協作機器人手臂在工業環境中的應用也越來越廣，并最早應用于汽車行業。PSA集團旗下品牌標致、雪鐵龍、歐寶和沃克斯豪爾都采用協作機器人來安裝車身上的白色裝配線螺釘。在這種情況下，操作人員需要將協作機器人安放到位，在車輛沿生產線向下移動時固定其兩側的螺釘。固定完成后，協作機器人旋轉回靜止位置，對下一輛汽車進行操作。PSA表示，這種應用既節省了成本，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作機器人。寶馬運用協作機器人來執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。在工人執行其他裝配任務時，由協作機器人將鉚釘固定到位可以大大縮短生產周期，將節拍時間（從一臺機組開始生產到下一臺機組開始生產的平均時間間隔）從64秒下降到52秒。 汽車供應商也不甘落后，開始引入協作機器人。比如，元器件制造商在生產線末端使用協作機器人來執行關鍵的檢查任務。汽車行業幾乎每天都會出現新的應用。據Kenneth Research的一份最新報告預測，到2022年，汽車行業協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。 在其他領域，協作機器人還可用于執行各種不同的任務。例如，在金屬行業中，它們能夠執行拋光和去毛刺操作等一系列傳統的勞動密集型任務。自動化專業機構WiredWorkers的一份報告指出，協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，快速改變新產品的外觀。它們也越來越多地被用于計算機數控（CNC）機床的裝卸，不需要操作人員執行體力勞動，甚至是危險任務。 即使在創客市場，協作機器人也有用武之地。增材制造初創公司開始使用協作機器人提供個性化3D打印服務（圖3）。協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，珠寶行業的工匠們也正在緊鑼密鼓的研究如何借助于協作機器人來挑選、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）

改變對自動化的態度協作機器人在很多行業都有很大的發展空間。盡管應用范圍和市場廣度會因行業而異，但必須始終考慮一個因素：自動化認知上的轉變。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執行任務。然而，在工業5.0時代，機器人和人類必須作為合作者而不是競爭對手，在完全改變心態的基礎上建立關系。

世界經濟論壇發布了一份關于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鍵領域的日益普及，一些傳統角色無疑將會消失，被其他新興學科所取代。這些新興學科主要集中在大數據分析、人工智能、軟件和應用以及數字轉型等領域。所有這些新角色都能很好地融入工業5.0，實現更密切的人機協作。這份報告顯示，這一轉變可能導致1.33億個新角色的產生，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。

打造更智能的生產系統

工業技術一直處于飛速發展態勢。工業4.0和工業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境中產品的設計、構建和維護方式。這種轉變將不斷地促進人機共生關系。正是這種能力的交織，才有可能創造出未來更智能、更高效的工廠。