智能制造的理想終局：

工 業(yè) 4.0

第四次工業(yè)革命正快速影響著制造業(yè)處理工作中重大挑戰(zhàn)的方式，例如用工短缺，供應(yīng)鏈管理和作業(yè)安全。

長(zhǎng)期以來，疫情影響著各行各業(yè)，將繁多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)呈現(xiàn)在我們面前。盡管全球經(jīng)濟(jì)逐漸復(fù)蘇，商品的流通也明顯反彈，制造業(yè)用工荒仍在持續(xù)。由此產(chǎn)生的可觀的工業(yè)自動(dòng)化需求，將工業(yè)機(jī)器人的交付周期從疫情前的六個(gè)月拉長(zhǎng)到了一年。

在這樣動(dòng)態(tài)的環(huán)境下，更多的制造業(yè)者開始思考如何有效的改善原材料的供應(yīng)以確保市場(chǎng)需求得到滿足，同時(shí)保持原料成本和質(zhì)量的可控。為此，大量工業(yè)4.0(Industry4.0或I4.0)的解決方案得得以在疫情期間加速推進(jìn)，例如：

3D打印技術(shù)

高級(jí)機(jī)器人

可穿戴設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IoT)

人工智能技術(shù)

工業(yè)4.0，指的是在制造業(yè)中應(yīng)用大量的自動(dòng)化和上述前沿技術(shù)，以支持決策，同時(shí)提升生產(chǎn)力的制造業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。本文將著重展示該技術(shù)革命中的前沿發(fā)展現(xiàn)狀，以及制造業(yè)者們?nèi)绾卫眠@些技術(shù)以應(yīng)對(duì)日常工作中的重大挑戰(zhàn)。

技術(shù)發(fā)展是工業(yè)4.0革命的核心動(dòng)力

首先，本文將為您展示工業(yè)4.0的關(guān)鍵發(fā)展，尤其是跨平臺(tái)、跨應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)發(fā)展及其對(duì)制造業(yè)的啟示。

最初，3D打印主要應(yīng)用于原型設(shè)備的制造和小批量的定制生產(chǎn)，并逐漸將其應(yīng)用場(chǎng)景拓展到大批量的生產(chǎn)制造。因此，3D打印批量生產(chǎn)的速度更快，同時(shí)其所需物料的價(jià)格正在降低。

近期一項(xiàng)對(duì)于定制生產(chǎn)中心的調(diào)查結(jié)果顯示，相比2020年，73%的機(jī)械制造公司在2021年生產(chǎn)或采購(gòu)了更多的3D打印零部件。盡管現(xiàn)今3D打印對(duì)整體制造產(chǎn)量的貢獻(xiàn)仍不足0.1%，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景和對(duì)定制化生產(chǎn)的需求在未來仍將持續(xù)增加。該調(diào)查結(jié)果還顯示，3D打印市場(chǎng)將以17%的平均年增長(zhǎng)率持續(xù)擴(kuò)張，并有望在2026年形成一個(gè)372億美元的市場(chǎng)。

由于新冠疫情帶來的供應(yīng)鏈阻隔，相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)轉(zhuǎn)向了3D打印技術(shù)以緩解緊繃的產(chǎn)能和工時(shí)。在醫(yī)療和健康領(lǐng)域，每當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)械無法滿足爆炸增長(zhǎng)的需求時(shí)，3D打印技術(shù)常被應(yīng)用于打印緊急的醫(yī)療零部件和定制化的產(chǎn)品，諸如口罩，新冠拭子和呼吸機(jī)零部件。例如在新冠爆發(fā)的初期，意大利一家3D打印初創(chuàng)公司Isinnova研發(fā)出了關(guān)鍵的呼吸機(jī)替換閥門；在2020年4月，來自美國(guó)的3D打印公司Carbon可每周生產(chǎn)百萬個(gè)以上的新冠鼻拭子。

快速原型生產(chǎn)和3D打印在生產(chǎn)領(lǐng)域的另一項(xiàng)主要應(yīng)用則是激光。這項(xiàng)技術(shù)通常被用于高速焊接領(lǐng)域。賓州州立大學(xué)的TimothyW.Simpson教授表示：“制造商之間的‘激光戰(zhàn)爭(zhēng)’已經(jīng)打響，這也將給3D打印技術(shù)帶來全新的想象空間。”

隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展與滲透，3D打印機(jī)也將在未來持續(xù)的迭代進(jìn)化。隨著這項(xiàng)技術(shù)的生產(chǎn)提速和質(zhì)量提升，它和傳統(tǒng)制造技術(shù)的分庭抗禮的時(shí)間點(diǎn)也在不斷臨近。而目前，工程師們正在不斷地降低金屬粉末的生產(chǎn)成本，從而讓3D打印技術(shù)變得更具有成本優(yōu)勢(shì)。

在新冠疫情的不斷催化作用下，高級(jí)機(jī)器人在制造業(yè)中的比重在穩(wěn)步提升。一份國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟的報(bào)告顯示，在2021年，全球的每10000名制造業(yè)從業(yè)者中的工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到了126臺(tái)，為歷史新高。而這一指標(biāo)在2015年時(shí)僅為66臺(tái)。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的和信息化系統(tǒng)的發(fā)展和整合進(jìn)一步發(fā)掘了機(jī)器人的潛力，并為我們?cè)O(shè)想的協(xié)同機(jī)器人系統(tǒng)（Co-Bots）鋪平了道路。

而在這個(gè)過程中，不得不提到新冠疫情帶來的各種挑戰(zhàn)在2021年底起到的推動(dòng)作用。尤以短期需求波動(dòng)、斷續(xù)和不可預(yù)測(cè)的用工荒、防疫措施帶來的作業(yè)場(chǎng)所限制和加速變化的終端需求為甚。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟預(yù)測(cè)直到2024年，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到5%.

與此同時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)的整合成本在持續(xù)地下降，這也讓中小企業(yè)在人工成本增長(zhǎng)的環(huán)境中實(shí)施機(jī)器人方案成為了可能。一份ARK Investment Management的報(bào)告顯示，到2025年，工業(yè)機(jī)器人的單位成本將下降50%至60%。這主要?dú)w功于物料和技術(shù)成本的下降、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和云端基礎(chǔ)設(shè)施的改進(jìn)和機(jī)器人系統(tǒng)整合成本的降低。