工业 5.0 将人类带回循环
毫无疑问，技术永远不会停滞不前！在尖端制造业的世界里，这一点与其他任何领域一样真实。以工业4.0为例。正当我们对创建高度自动化的工厂环境的概念有所了解时，传感器、数据处理、连通性和云计算等技术结合起来为企业带来效益。因此，工业5.0也随之而来，这是一种新的模式，将人类重新引入到这个循环中。工业5.0承诺了一个诱人的新世界，在这个世界里，机器人和人以曾经被认为不可能的方式进行合作，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建造未来更智能产品的方式？
首先，让我们回过头来看看工业4.0是如何改变众多行业的制造业的。这一转变的起点是物联网的出现，它基于传感器技术的重大进步，导致了更小、更便宜、性能更好的传感器。利用改进的性能，这些传感器已被部署到整个工厂车间，从而能够从更广泛的工业设备中收集数据（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力。这种物联网支持的过程是工业4.0的核心原则--在这里，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。
这就带来了一个问题。这种高度自动化的环境只在一定程度上运作良好。例如，在制造业中使用机器人可以提供巨大的一致性和可重复性，执行一系列的重复性功能，作为预先定义的一套生产流程的一部分。如果你希望产品在外观和感觉上基本相同，这很好。如果你希望对正在生产的产品进行点缀或个性化处理，那该怎么办？在一个消费者的期望越来越高的世界里，这是很有可能的。
这就是工业5.0的意义所在。在这种新的模式下，人类被重新引入循环，增加他们与智能机器的合作，以至于在工厂车间里并肩工作。工业5.0可以提供两个世界中最好的东西，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融合。在这种更多方面的环境中，生产线可以变得更加智能，人类可以监督更高水平的产品定制。这在汽车、消费电子和珠宝等不同领域是一个令人兴奋的想法，甚至对于精酿啤酒等产品来说也是如此，因为在这些产品上添加标签可以带来更高的消费者吸引力。
如何实现工业 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？最重要的考虑之一是人类和机器之间的物理接口。从历史上看，机器人手臂被安置在安全笼子后面，使人类不受伤害。但在新的世界里，需要有一种更密切的关系--无论是字面意义还是形象意义。
这显然将由新一代轻型协作机器人（cobots）的发展来实现，其特点是有一套位置传感器，使它们能够在一瞬间对工人的存在作出反应。这些更小、更快、更灵活的cobots的引入是工业5.0进展的基础。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。这一因素在自动化世界中并没有被忽视，ABB、Fanuc、西门子和库卡等全球工业机器人制造商加入了丹麦环球机器人公司等更专业的公司，设计和推出新系列的cobot产品。根据BIS Research最近的一项研究，预计全球cobot市场将从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
随着越来越多的参与者进入市场，协作机器人的能力也迅速加快了。早期的模型尺寸较小，被设计为与人类一起执行轻型装配任务。这些开创性的桌面手臂通常重约10公斤，有效载荷为3公斤。这样的尺寸和能力使它们成为自动化工作台活动的理想选择。
不过，随着时间的推移，机器人已经变得更大、更强大，最新的机器人手臂的有效载荷能力是其同时代的五倍。更大的尺寸、更广泛的抓取器和工具以及更直观的编程，已经开辟了更广泛的应用范围，包括重型机器维护、材料处理、包装和简单的工作台活动。这些手臂安装有接近、距离和位置传感器，可以靠近生产线上的员工使用（图2）。
图 2：工业手臂协作机器人可在生产工人附近使用以执行各种任务。
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。在一个这样的案例中，操作人员将协作机器人拉到位，以便在车辆沿着生产线移动时固定车辆两侧的螺钉。完成后，协作机器人会旋转并返回到静止位置，然后再次用于下一辆车。PSA 表示，该应用既节省了成本，又改善了几何公差。
其他汽车制造商在其制造工厂内使用协作机器人时也同样积极主动。B+MW 已应用协作机器人执行防撞罐组件铆接过程的某些方面，这在历史上一直是手动执行的。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，对周期时间产生了巨大影响，节拍时间（从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单位）从 64 秒下降到 52 秒。
汽车供应商也开始行动起来，零部件制造商在生产线末端使用协作机器人来执行关键的检测任务。在汽车行业，几乎每天都会发现新的应用，Kenneth Research 最近的一份报告预测，到 2022 年，汽车协作机器人的出货量和销售收入将以每年 43% 或更多的速度增长。
在其他领域，协作机器人被用于执行非常不同的任务。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，执行传统上劳动密集型的任务。根据自动化专家 WiredWorkers 的一份报告，协作机器人已被证明能够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) 机器的装卸，从而使金属行业的工人不必执行体力要求高且有时危险的任务。
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 打印部件的个性化（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，工匠正在研究如何使用协作机器人来协助宝石的挑选、放置和装饰。
图 3：3D 打印机可以为不同的协作机器人制作个性化部件。
改变对自动化的态度
协作机器人在广泛的行业中都具有潜力。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：需要在文化上转变对自动化的态度。自动化的历史一直基于相当成熟的参数，机器人大多在围栏区域后面执行任务。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者，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需求之间冲突的更广泛辩论。流行的思想流派一直认为，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 改变了争论，以一种让人类扮演更多增值角色的方式将人类重新引入其中。
这反映在世界经济论坛报告的调查结果中，该报告评估了到 2022 年全球技能需求的变化面貌。随着自动化变得更加复杂并且在关键部门中得到更广泛的应用，一些传统角色无疑将消失。但这些将不可避免地被其他专注于大数据分析、人工智能、软件和应用程序以及数字化转型等领域的新兴学科所取代。所有这些新角色都非常适合工业 5.0 的世界，支持人机关系更具协作性。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会带来净收益。
迈向更智能的生产系统之路
工业部门内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，但它们确实包含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。正是这种能力的交织，才有可能创造出更智能、更高效的未来工厂。
