工业5.0打造可持续发展的未来

工业5.0

工业5.0一词自提出以来就备受关注。欧盟 (EU) 于2021年正式提出工业5.0[1]的概念，这是一种在工业工作场所将技术与人结合起来的新方法。其目标是创造一种可持续的流程，让员工和企业都能从中受益，同时减少对环境的影响。

以创新为根本

工业市场使用机器人已有半个多世纪的历史，依靠它们的诸多优势来改进大规模生产。机器人可以长时间执行任务而不会感到疲劳，从而将人类从重复或具有潜在危险的任务中解脱出来。

机器人可以为生产线带来出色的效率，但却缺乏灵活性。第一代工业机器人在适应新环境方面的表现就有些差强人意。虽然新一代工业机器人的能力得到了很大的提升，但面对新情况时仍需重新进行编程。

在过去的几十年里，制造业一直在将机器人整合到工厂控制系统中，这一举措被称为第四次工业革命，并命名为工业4.0。在这个新时代中，生产线上的所有元素都被连接起来，小到工厂车间的传感器，大到办公网络。整个网络共享信息，便于管理人员能够实时模拟操作，这就构成了一个能比以往更快地应对新情况的智能工厂，能更快地应对环境的变化，生产过程更加灵活，同时还能满足客户快速变化的需求。

尽管技术集成为智能工厂带来了额外的灵活性，但机器人的能力仍然取决于输入的程序。它们以规定的结构高效运行，但如果无法应对非结构化或异常情况，就会导致生产停顿。

许多自动化流程都是如此。当生产线停止运转时，很少是由于故障或失灵所致，往往是因为自动化机械遇到了不知如何处理的情况。在最近接受贸泽采访时，创新公司Plus One Robotics的创始人Erik Nieves对这种情况进行了完美的总结：“当机器人停止时，它不是坏了，而是糊涂了”。 [2]

这些异常情况导致一个微小的变化就能引起停工。即使人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的能力大幅提升，控制系统也很难在这些异常情况首次出现时做出反应。

第五次工业革命

上述情况引发了制造业的又一次重大变革：工业5.0。然而，与工业4.0不同，工业5.0将操作人员置于生产过程的中心位置。

对人的重视是工业5.0最突出的一个特性，但其意义远不止提高效率或灵活性这么简单。欧盟这样的机构很少会强调工业创新，但此举凸显了技术超越工厂层面的作用。欧盟将工业5.0的三大支柱定义为：适应性、可持续性和以人为本。

适应性

第一个支柱是适应性。由于高度自动化的操作存在灵活性不足的问题，而机器人和机械的智能也有限，进而导致生产流程呈现出脆弱性。增加适应性意味着建立应对随机事件或异常情况的能力。尽管现代人工智能系统的功能非常强大，但它们仍需要依靠数据来学习如何应对特定事件。相比之下，人类的大脑在面对异常情况时能够以惊人的速度做出反应，它能够感知细微差别，并利用直觉找到解决方案。

通过将人工操作与自动化设备相结合，生产流程可以受益于两者的优势，同时避免其劣势。在所谓的“监督自主”概念中，机器可以比人类操作员更快、更准确地处理日常任务。然而，当出现特殊情况时，人类可以利用直觉和横向思维来预测并克服潜在的停工问题。这种结合可以增强应变能力，即适应、反应和学习的能力，从而创造稳定的工作环境。

可持续性

第二大支柱是鼓励制定能够创造长期效益的战略。在资源和能源有限的情况下，工业在减少我们对能源依赖方面发挥着关键作用。这需要有效利用所需的资源，并开发出更具创新的方法来重复利用这些有限的资源。

人脑的横向思维能力让人能够在监控资源消耗的同时，发挥想象力找出潜在的改进措施。这是人类创造的一个灵活的工作场所，在这里，可以以机器无法想象的方式不断改进流程。

可持续性还超越了对提升效率和资源利用率的迫切需求。它强调，操作人员的福祉对生产率有着直接影响。通过将人作为工业的核心并允许他们利用自己的经验，工作场所会变得更有吸引力，更有价值。技术减轻了人类的工作量，创造了一个促进长期福祉和更可持续发展的工业环境。

以人为本

最后一个支柱则侧重于工作人员本身。以人为本的理念表明，人不仅仅是控制系统的组成部分。相反，这一要素将人的福利视为工业5.0的一个关键方面。从最简单的层面来看，技术的使用减轻了操作人员的负担。这意味着人类无需再监督那些容易导致疲劳的重复性工作。

从更高的层面来看，以人为本的理念为人类劳动者提供了充分发挥其才能、技能和经验的机会。机器学习可以快速适应新情况，但仍需要数据来提供经验教训。人类的大脑可以通过运用横向思维和想象力找到解决方案，即使是在以前从未遇到的情况中。人类工作者可以通过将这些特质与以往经验相结合来发现新的机会，即使这些经验来自截然不同的环境。但目前尚无法为机器编写具有相同经验水平的程序。

工业5.0不仅是为了创造高效的流程，更是为了赋予人类劳动者发挥潜能的能力。它利用自动化和人工智能来提高工作效率，而不是为了取代人类。工业5.0可以帮助企业充分利用人力，让员工进一步提升技能，并通过更有价值的工作体验来丰富生活。

人机协作

工业5.0描绘了一幅人类与技术协同工作的场景，最突出的例子就是机器人的使用。出于安全考虑，以往在工厂里面机器人与人类是被要求彻底分开的。例如，汽车行业已经明确地按照功能将人类与机器人分隔开。焊接和喷漆等操作通常分配给自主机器人，并在隔离区内进行。需要人类技能的任务，如布线和总装，一般很少使用自主机器人。

随着边缘计算和边缘人工智能的发展，可以将复杂的控制装置放置在机器附近，从而创造一个更动态的环境。传输距离缩短让延迟（即发送、接收和处理指令所导致的延迟）也随之减少。延迟时间缩短意味着机器人可以更快地做出反应，从而能够与人类同事一起安全地工作。因此，新一代协作机器人 (cobot) 应运而生，并已开始进入工厂车间。

此外，还可通过其他一些不太明显的方法，将人类融入工业工作场所。一种解决方案是为机器编程，使其能够自主运行，以便人类能够专注于异常情况。高速通信的发展让人类无需进入具有潜在危险的工厂车间环境，即可监督机器运行情况。

另一种解决方案就是完全不借助机器智能，而是利用技术来增强人类自身的能力，提升工作效率。比如，有人曾试图开发一个机器人系统来处理一系列非标准包装，但在投入了大量资金后，他们发现人类的适应能力是无法替代的。

结语

工业5.0建立在以往创新的基础之上。它利用了工业4.0的自主性，并通过人类经验所能提供的灵活性加以强化。人工智能等创新只是增强人类能力的工具，但不可能完全取代人类。因此，在未来许多年里，工厂车间依然还是离不开人类。