技術永遠不會停滯不前——這在尖端制造業世界和在任何其他領域都是如此。以工業 4.0 為例。正如我們已經圍繞創建高度自動化的工廠環境的概念（其中傳感器、數據處理、連接和云計算等技術結合起來以提供商業利益）出現了工業 5.0，這是一種重新引入人類的新范式。循環。工業 5.0 承諾了一個誘人的新世界，機器人和人以曾經被認為不可能的方式進行協作，從而實現大規模定制等新概念。那么，到底發生了什么？工業 5.0 是否會改變我們設計和構建未來更智能產品的方式？

首先，讓我們退后一步，看看工業 4.0 如何改變了眾多行業的制造業。這種轉變的大部分起點是物聯網 (IoT) 的出現，它基于傳感器技術的重大進步，這導致了更小、更便宜和性能更好的傳感器。通過提高性能，這些傳感器已部署在工廠車間，能夠從更廣泛的工業設備收集數據（圖 1）。由于無處不在的連接，這些數據可以快速發送到云端，在那里可以對其進行處理和分析，越來越多地使用機器學習和人工智能等技術來提供實時洞察。這種支持物聯網的流程是工業 4.0 的核心原則——自動化的廣泛使用和數據的收集可以提供真正的商業利益。

圖 1：借助新的傳感器技術，工廠車間能夠收集更多數據。（來源：Macrovector/shutterstock.com）

這帶來了一個問題：這種高度自動化的環境只能在一定程度上運行良好。例如，在制造中使用機器人技術可以提供極高的一致性和可重復性，執行一系列重復性功能，作為預定義的一組生產過程的一部分。如果您希望產品的外觀和感覺大致相同，那很好。如果想要對正在制造的產品進行裝飾或個性化怎么辦？在消費者期望變得越來越復雜的世界中，這種情況越來越可能發生。

這就是工業 5.0 的用武之地。在這種新范式下，人類被重新引入循環，增加了他們與智能機器的協作——達到了在工廠車間并肩工作的程度。工業 5.0 可以實現兩全其美，將機器人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，人類能夠監督更高水平的產品定制。在汽車、消費電子產品和珠寶等不同領域，甚至在精釀啤酒等產品中，這是一個令人興奮的想法，在這些領域中，增加標簽的觸感可以提高消費者的吸引力。

如何交付工業 5.0

這就是概念，但現實呢？如何以明確的方式應用工業 5.0 來提高未來工廠的效率和多功能性？最重要的考慮因素之一是人與機器之間的物理接口。從歷史上看，機械臂一直放置在安全籠后面，使人類免受傷害。但在新世界中，需要建立更緊密的關系——無論是字面意義上的還是比喻意義上的。

這顯然將通過開發新一代輕量級協作機器人（cobots)，具有一套位置傳感器，使他們能夠在瞬間對工人的存在做出反應。引入這些更小、更快、更靈活的協作機器人是工業 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中心位置。這一因素在自動化領域并沒有被忽視，ABB、Fanuc、西門子和庫卡等全球工業機器人制造商加入了丹麥通用機器人等更專業的公司，設計和推出了新的協作機器人產品系列。根據 BIS Research 最近的一項研究，全球協作機器人市場預計將從 2018 年的 5.8 億美元增長到 2024 年的 90 億美元。

協作機器人的發展

隨著越來越多的玩家進入市場，協作機器人的能力迅速提升。早期的模型體積很小，旨在與人類一起執行輕型裝配任務。這些開創性的桌面臂通常重約 10 公斤，有效載荷為 3 公斤。這種尺寸和功能使它們成為自動化工作臺活動的理想選擇。

然而，隨著時間的推移，協作機器人變得更大、更強大，最新的手臂的有效載荷能力是同時代機器人的五倍。更大的尺寸、更廣泛的夾持器和工具以及更直觀的編程，開辟了更廣泛的應用范圍，包括重型機械管理、材料處理、包裝和簡單的工作臺活動。這些臂安裝有接近度、距離和位置傳感器，可在生產線員工附近使用（圖 2）。

圖 2：工業臂協作機器人可在生產工人附近用于各種任務。（來源：Alexander Tolstykh/shutterstock.com）

尋找工業 5.0 用例

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采用也有所增加。汽車行業一直是早期采用者。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作機器人驅動螺絲。在這樣一種情況下，操作人員將協作機器人拉到適當的位置，以便在車輛沿生產線向下移動時將螺釘固定在車輛的兩側。完成后，協作機器人旋轉并返回到靜止位置，然后再次用于下一輛車。PSA 表示，這種應用既節省了成本，又提高了幾何公差。

在制造工廠內使用協作機器人時，其他汽車制造商也同樣積極主動。寶馬已經應用協作機器人來執行碰撞罐組件鉚接過程的某些方面，這些過程在歷史上都是手動進行的。使用協作機器人，在員工繼續其他裝配任務時將鉚釘固定到位，對周期時間和節拍時間（一個單元開始生產到下一個單元開始生產之間的平均時間）產生了巨大影響單位）從 64 秒下降到 52 秒。

汽車供應商也參與其中，零部件制造商在生產線末端使用協作機器人來執行關鍵檢查任務。在汽車行業，幾乎每天都能發現新的應用，Kenneth Research 最近的一份報告預測，到 2022 年，汽車領域的協作機器人的出貨量和銷售收入將以每年約 43% 或更高的速度增長。

在其他領域，協作機器人被用于非常不同類型的任務。例如，在金屬行業，它們被用于執行一系列拋光和去毛刺活動，執行傳統上是一項勞動密集型任務。根據自動化專家 WiredWorkers 的一份報告，協作機器人已被證明可以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品的設置。它們也越來越多地用于計算機數控 (CNC) 機器的裝載和卸載，從而使金屬行業的工人免于執行可能對體力要求很高且有時很危險的任務。

即使在創客市場，協作機器人也在尋找新的角色。增材制造初創公司開始使用它們來提供 3D 打印零件的個性化（圖 3）。在這里，協作機器人可用于幫助創建不同的飾面和雕刻——這在為消費電子設備創建真正定制的配件時可能會很受歡迎。此外，在珠寶行業，工匠們正在研究如何使用協作機器人來協助挑選、放置和裝飾寶石。

圖 3： 3D 打印機可以為不同的協作機器人制作個性化零件。（來源：Alex_Traksel/shutterstock.com）

改變對自動化的態度

協作機器人在廣泛的行業中具有潛力。但是，盡管它們的使用范圍和程度因行業而異，但始終必須考慮一個常數：對自動化態度的文化轉變的必要性。自動化的歷史一直基于相當確定的參數，機器人大多在圍欄區域后面發揮作用。然而，在工業 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對手，在徹底改變思維方式的基礎上建立關系。

這引發了圍繞自動化與人工輸入要求之間的沖突的更廣泛辯論。盛行的思想流派一直是機器的進步最終會轉化為整個工業部門的廣泛失業。工業 5.0 改變了這種爭論，將人類重新引入混合環境，讓他們扮演更多增值角色。

這反映在世界經濟論壇的調查結果中報告，評估到 2022 年全球技能需求的變化面貌。隨著自動化變得越來越復雜，在關鍵領域的應用越來越廣泛，一些傳統角色無疑將消亡。但這些將不可避免地被其他新興學科所取代，這些學科專注于大數據分析、人工智能、軟件和應用程序以及數字化轉型等領域。所有這些新角色都巧妙地融入了工業 5.0 的世界，支撐著人機關系更具協作性的本質。根據該報告，這種轉變可能會帶來 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將帶來凈收益。

走向更智能的生產系統

工業部門的技術進步繼續快速發展。工業 4.0 和工業 5.0 可能是引人注目的流行語，但它們確實體現了我們在高度自動化環境中設計、構建和維護產品的方式的真正變化。這種轉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。正是這種相互交織的能力具有創造未來更智能、更高效工廠的潛力。

審核編輯：符乾江