毫無疑問，技術永遠不會停滯不前！在尖端制造業的世界里，這一點與其他任何領域一樣真實。以工業4.0為例。正當我們對創建高度自動化的工廠環境的概念有所了解時，傳感器、數據處理、連通性和云計算等技術結合起來為企業帶來效益。因此，工業5.0也隨之而來，這是一種新的模式，將人類重新引入到這個循環中。工業5.0承諾了一個誘人的新世界，在這個世界里，機器人和人以曾經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，到底發生了什么？工業5.0是否會改變我們設計和建造未來更智能產品的方式？

首先，讓我們回過頭來看看工業4.0是如何改變眾多行業的制造業的。這一轉變的起點是物聯網的出現，它基于傳感器技術的重大進步，導致了更小、更便宜、性能更好的傳感器。利用改進的性能，這些傳感器已被部署到整個工廠車間，從而能夠從更廣泛的工業設備中收集數據（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力。這種物聯網支持的過程是工業4.0的核心原則--在這里，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。

這就帶來了一個問題。這種高度自動化的環境只在一定程度上運作良好。例如，在制造業中使用機器人可以提供巨大的一致性和可重復性，執行一系列的重復性功能，作為預先定義的一套生產流程的一部分。如果你希望產品在外觀和感覺上基本相同，這很好。如果你希望對正在生產的產品進行點綴或個性化處理，那該怎么辦？在一個消費者的期望越來越高的世界里，這是很有可能的。

這就是工業5.0的意義所在。在這種新的模式下，人類被重新引入循環，增加他們與智能機器的合作，以至于在工廠車間里并肩工作。工業5.0可以提供兩個世界中最好的東西，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融合。在這種更多方面的環境中，生產線可以變得更加智能，人類可以監督更高水平的產品定制。這在汽車、消費電子和珠寶等不同領域是一個令人興奮的想法，甚至對于精釀啤酒等產品來說也是如此，因為在這些產品上添加標簽可以帶來更高的消費者吸引力。

如何實現工業 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？最重要的考慮之一是人類和機器之間的物理接口。從歷史上看，機器人手臂被安置在安全籠子后面，使人類不受傷害。但在新的世界里，需要有一種更密切的關系--無論是字面意義還是形象意義。

這顯然將由新一代輕型協作機器人（cobots）的發展來實現，其特點是有一套位置傳感器，使它們能夠在一瞬間對工人的存在作出反應。這些更小、更快、更靈活的cobots的引入是工業5.0進展的基礎。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。這一因素在自動化世界中并沒有被忽視，ABB、Fanuc、西門子和庫卡等全球工業機器人制造商加入了丹麥環球機器人公司等更專業的公司，設計和推出新系列的cobot產品。根據BIS Research最近的一項研究，預計全球cobot市場將從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

隨著越來越多的參與者進入市場，協作機器人的能力也迅速加快了。早期的模型尺寸較小，被設計為與人類一起執行輕型裝配任務。這些開創性的桌面手臂通常重約10公斤，有效載荷為3公斤。這樣的尺寸和能力使它們成為自動化工作臺活動的理想選擇。

不過，隨著時間的推移，機器人已經變得更大、更強大，最新的機器人手臂的有效載荷能力是其同時代的五倍。更大的尺寸、更廣泛的抓取器和工具以及更直觀的編程，已經開辟了更廣泛的應用范圍，包括重型機器維護、材料處理、包裝和簡單的工作臺活動。這些手臂安裝有接近、距離和位置傳感器，可以靠近生產線上的員工使用（圖2）。

圖 2：工業手臂協作機器人可在生產工人附近使用以執行各種任務。

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。在一個這樣的案例中，操作人員將協作機器人拉到位，以便在車輛沿著生產線移動時固定車輛兩側的螺釘。完成后，協作機器人會旋轉并返回到靜止位置，然后再次用于下一輛車。PSA 表示，該應用既節省了成本，又改善了幾何公差。

其他汽車制造商在其制造工廠內使用協作機器人時也同樣積極主動。B+MW 已應用協作機器人執行防撞罐組件鉚接過程的某些方面，這在歷史上一直是手動執行的。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，對周期時間產生了巨大影響，節拍時間（從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單位）從 64 秒下降到 52 秒。

汽車供應商也開始行動起來，零部件制造商在生產線末端使用協作機器人來執行關鍵的檢測任務。在汽車行業，幾乎每天都會發現新的應用，Kenneth Research 最近的一份報告預測，到 2022 年，汽車協作機器人的出貨量和銷售收入將以每年 43% 或更多的速度增長。

在其他領域，協作機器人被用于執行非常不同的任務。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，執行傳統上勞動密集型的任務。根據自動化專家 WiredWorkers 的一份報告，協作機器人已被證明能夠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) 機器的裝卸，從而使金屬行業的工人不必執行體力要求高且有時危險的任務。

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 打印部件的個性化（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，工匠正在研究如何使用協作機器人來協助寶石的挑選、放置和裝飾。

圖 3：3D 打印機可以為不同的協作機器人制作個性化部件。

改變對自動化的態度

協作機器人在廣泛的行業中都具有潛力。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：需要在文化上轉變對自動化的態度。自動化的歷史一直基于相當成熟的參數，機器人大多在圍欄區域后面執行任務。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者，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需求之間沖突的更廣泛辯論。流行的思想流派一直認為，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 改變了爭論，以一種讓人類扮演更多增值角色的方式將人類重新引入其中。

這反映在世界經濟論壇報告的調查結果中，該報告評估了到 2022 年全球技能需求的變化面貌。隨著自動化變得更加復雜并且在關鍵部門中得到更廣泛的應用，一些傳統角色無疑將消失。但這些將不可避免地被其他專注于大數據分析、人工智能、軟件和應用程序以及數字化轉型等領域的新興學科所取代。所有這些新角色都非常適合工業 5.0 的世界，支持人機關系更具協作性。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會帶來凈收益。

邁向更智能的生產系統之路

工業部門內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，但它們確實包含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。正是這種能力的交織，才有可能創造出更智能、更高效的未來工廠。