CB Insights發(fā)布一份報告，對未來的工廠進行了全方位的展望。報告中詳細描述了新技術在制造業(yè)8個環(huán)節(jié)中的運用場景，并給出了一些正在致力于此的公司的發(fā)展情況。文章由36氪編譯，希望在這個產(chǎn)業(yè)變遷的時代，能夠給你帶來啟發(fā)。熄燈工廠(Lights-out manufacturing)是指那些自主運作，不需要人的存在的工廠。在這種工廠中，機器的運行通常不需要照明。雖然這聽起來有點未來主義色彩，但這種類型的工廠已經(jīng)存在15年了。

最著名的是，日本機器人制造商FANUC自2001年以來一直在經(jīng)營一家“熄燈”工廠，在那里，機器在不受監(jiān)督的情況下制造機器人，一個生產(chǎn)周期需要一個月?！安粌H僅是熄燈，”FANUC副總裁加里·齊維爾(Gary Zywiol)說，“我們還關掉了空調和暖氣。”人們只需要看看當今最雄心勃勃、技術含量最高的工廠，就能想象出一個機器人完成所有體力勞動的世界。例如，總部位于東莞的手機零件制造商長盈精密技術公司，已經(jīng)創(chuàng)建了一家無人工廠。工廠中的一切設備——從機械加工設備到無人運輸卡車，再到倉庫設備——都是由計算機控制的機器人操作的。技術人員通過中央控制系統(tǒng)監(jiān)測這些機器的活動。曾經(jīng)，長盈的工廠運轉需要大約650名工人來維持。現(xiàn)在已經(jīng)縮減到60名工人。該公司的總經(jīng)理表示，他們的目標是將工人數(shù)量減少至20個。

 

隨著工業(yè)技術的日益普及，這一自動化和數(shù)字化浪潮被稱為“工業(yè)4.0”，就像第四次工業(yè)革命一樣。

 

那么，工廠的未來是什么樣的呢?

 

為了回答這個問題，我們深入研究了制造過程的8個不同步驟，來了解它們是如何開始改變的：產(chǎn)品研發(fā)：平臺是如何使研發(fā)人才“民主化”的;人工智能是如何幫助材料科學的;以及如何用AR/VR來構造草圖的。資源規(guī)劃和采購：按需分散制造和區(qū)塊鏈項目正在研究整合供應商的復雜性。操作技術：監(jiān)控和機器數(shù)據(jù)：看看為未來工廠提供動力的IT堆棧和平臺。首先，工廠將會基本數(shù)字化，而且我們還將看到更大的預測能力。

 

勞動力增強和管理：AR、可穿戴設備和外骨骼衣物(exosuits)正在工廠里增強人類的能力。

 

加工、生產(chǎn)和裝配：模塊化設備和定制機器(如3D打印機)使制造商能夠處理更多的多樣化需求。

 

質量保證：計算機視覺將如何發(fā)現(xiàn)缺陷，以及軟件和區(qū)塊鏈技術將如何更快地發(fā)現(xiàn)問題(并實施召回)。

 

倉儲：在機器人技術和視覺跟蹤的幫助下，在出現(xiàn)無人工廠之間，就會出現(xiàn)“熄燈”倉庫。

 

運輸和供應鏈管理：遠程信息處理、物聯(lián)網(wǎng)和無人車將為制造商交付產(chǎn)品帶來更高的效率。

 

制造商預測，未來5年，整體效率將以1990年以來的7倍的速度增長。盡管制造業(yè)占美國GDP的11.7 %，雇傭了8.5 %的美國人，但它仍然是一個數(shù)字化程度相對較低的領域，這意味著自動化和軟件驅動方面，還有很大的發(fā)展空間。

 

隨著新技術的發(fā)展，制造業(yè)正在發(fā)生重大的變革，幾乎所有制造業(yè)垂直領域——從汽車產(chǎn)業(yè)到電子產(chǎn)業(yè)，再到制藥業(yè)——都會受到影響。時間表和技術會因行業(yè)而異，但幾乎每個垂直行業(yè)的大多數(shù)步驟都會有所改變。

 

1、產(chǎn)品研發(fā)

 

從藥物生產(chǎn)到工業(yè)設計，規(guī)劃階段對于大規(guī)模生產(chǎn)至關重要。在各行各業(yè)，設計師、化學家和工程師都在不斷地進行假設檢驗。

 

這個設計看起來是否正確?這個化合物是否符合我們的需求?都需要進行大量的測試和迭代，這是研發(fā)的精髓。大規(guī)模生產(chǎn)的特征使得最后時刻的重新設計的成本很高。

 

制藥業(yè)、技術產(chǎn)業(yè)、航空航天業(yè)等領域的各大公司每年都會投入數(shù)十億美元用于研發(fā)。通用汽車去年在新開發(fā)方面就花費了80億美元。

 

在高度科學化的研發(fā)領域中，高素質的人才遍布全球?，F(xiàn)在，軟件正在幫助公司進入這個“池子”。

 

當涉及到數(shù)據(jù)科學和金融領域等尚未開發(fā)的人才網(wǎng)絡時，像Kaggle，Quantopian和Numerai這樣的平臺已經(jīng)在制藥研發(fā)等領域取得了成功，在其他領域也在增長。 像Science Exchange這樣的按需科學平臺目前正在跨越研發(fā)垂直領域開展工作，并允許企業(yè)通過外包研發(fā)來迅速解決缺乏現(xiàn)場人才的問題。

 

雖然研發(fā)科學家看起來在制造過程中并不重要，但他們在提供最新和最偉大的技術方面——特別是在高科技制造業(yè)領域——正在扮演者越來越重要的角色。

 

許多公司正在研究機器人技術、3D打印和人工智能，作為改進研發(fā)過程和減少進入生產(chǎn)時的不確定性的方法。但是假設檢驗的過程還有待改進，需要進一步收緊迭代時間，將研究成果轉化為更快更好的產(chǎn)品。

 

機器人和3D打印技術加速垂直領域產(chǎn)品的開發(fā)

 

最近的一項行業(yè)調查顯示，加速產(chǎn)品開發(fā)是公司使用3D打印技術的首要任務。此外，57%的3D打印工作已進入新產(chǎn)品開發(fā)的第一階段(即概念驗證和原型設計)。

 

3D打印已經(jīng)成為設計工作室的主要工作。在訂購成千上萬個物理部件之前，設計人員可以通過3D打印來查看未來產(chǎn)品的外觀。

 

同樣，機器人技術可以自動化各種垂直方向上試錯的物理過程。

 

例如，在合成生物學研發(fā)領域，機器人技術對Zymergen和Ginkgo Bioworks等公司產(chǎn)生了巨大的影響，這些公司利用酵母微生物制造定制化學品。尋找完美的微生物需要同時測試多達4000個不同的變體，這意味著大量的濕實驗室工作。

 

使用自動移液管系統(tǒng)和機器臂，液體處理機器人可以進行高通量的實驗，以更快和更少的人為誤差獲得成功的組合。

 

下面是用于轉移樣本的機器人基因測試儀Counsyl(左)和Zymergen的移液機器人(右)，用于自動化微生物培養(yǎng)測試。

 

“材料工程需要有一種能夠檢測非常小的粒子的能力——比如在300毫米晶片上找到10納米粒子。這相當于在西雅圖市找到一只螞蟻。”

 

——奧姆·納拉瑪蘇(Om Nalamasu)，Applied Materials首席技術官

 

除了生物技術之外，材料科學在計算和電子學領域也發(fā)揮了關鍵作用。

 

值得注意的是，英特爾和三星等芯片制造商是全球最大的研發(fā)投入者之一。隨著半導體體積變得越來越小，在納米尺度下工作需要的精度超出了人的能力，這使得機器人成為首選。

 

未來，科學工具將越來越自動化和精確，以處理微尺度精度任務。

 

人工智能正在加速材料科學的發(fā)現(xiàn)

 

托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)強調，材料科學是一個淘汰過程：“我沒有失敗過一萬次。我沒有失敗過一次。我只是成功地證明了一萬種方法是行不通的?！?/span>

 

盡管研發(fā)工作的數(shù)字化程度和軟件化程度低于人們的預期(美國國家科學院稱，開發(fā)新材料往往是開發(fā)新產(chǎn)品的最長階段)，但愛迪生精神依然存在于今天的研發(fā)實驗室中。科學方法更好地數(shù)字化，對于開發(fā)新產(chǎn)品和材料，然后大規(guī)模制造這些產(chǎn)品和材料至關重要。

 

目前，對于人工智能創(chuàng)業(yè)公司來說，最熱門的領域是醫(yī)療保健，因為這些公司將人工智能用于藥物發(fā)現(xiàn)，制藥公司正在向藥物研發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司? (如Recursion Pharmaceuticals和twoXAR)投入大量資金。 在其他領域取得成功也只是一個時間問題。

 

Citrine Informatics是一家從事化學和材料科學工作的公司(下圖左)。Citrine將人工智能運用到了其龐大的材料數(shù)據(jù)庫上，并聲稱它可以幫助企業(yè)在節(jié)省50%的時間內達到研發(fā)和制造節(jié)點。同樣，Deepchem(下圖右)開發(fā)了一個Python庫，將深度學習應用到化學領域。

 

簡而言之，各行各業(yè)的制造商——工業(yè)生物技術、藥物、汽車、電子或其他物質產(chǎn)品——都依靠機器人自動化和3D打印來保持競爭力。

 

在3D打印領域，一些創(chuàng)業(yè)公司正在著手開發(fā)或商業(yè)化復雜的材料。MarkForged等公司采用碳纖維復合材料，其他像BMF這樣的公司正在開發(fā)具有罕見納米結構和奇特物理特性的復合材料。

 

當然，未來的制造商將依靠智能軟件來推動他們的研發(fā)過程。

 

AR和VR將用于建模過程

 

目前，各種類型的制造商都依靠計算機輔助設計(CAD)軟件進行原型設計。在未來的制造過程中，AR和VR可以在研發(fā)中發(fā)揮更大的作用，并且可以有效地將工業(yè)設計人員的設計圖以“實體”的方式展示出來，從而消除對3D打印物理模型的需求。

 

Autodesk是AutoCAD的軟件開發(fā)商，它是未來原型和協(xié)作技術的領頭公司。該公司頻頻投資3D打印等尖端技術，并與健康人工智能創(chuàng)業(yè)公司Atomwise合作開展“機密項目”。最近，Autodesk對制作AR / VR游戲引擎的探索，預示著它將在設計過程中運用更多的沉浸式計算。

 

Autodesk的游戲引擎Stingray增加了對HTC Vive和Oculus Rift頭戴設備的支持。此外，游戲和VR引擎制造商Unity已宣布與Autodesk建立合作關系，以提高互操作性。

 

同樣，蘋果公司已經(jīng)設想了AR / VR與3D打印相結合來促進設計的過程。通過使用CB Insights數(shù)據(jù)庫，我們發(fā)現(xiàn)了一項蘋果專利，該專利設想AR將“計算機生成的虛擬信息”疊加到現(xiàn)有對象的真實世界視圖上，工業(yè)設計人員能有效地對現(xiàn)有或未完成的對象進行3D打印“編輯”。

 

該專利設想，通過“半透明眼鏡”使用AR，但也提到“配備攝像頭的移動設備”，暗示了在iPhone上使用ARKit的潛在3D打印機會。

 

康奈爾大學的研究人員最近展示了使用AR / VR繪制3D打印對象的能力。最終，人機界面可以無縫銜接，實時“雕刻”3D模型。

 

未來，研發(fā)團隊將進一步研究AR和VR，并測試它是如何與3D打印以及傳統(tǒng)原型堆棧相結合的。

 

2、資源規(guī)劃和采購

 

一旦產(chǎn)品設計完成，下一步就是生產(chǎn)了。通常情況下，這需要收集零部件供應商、基礎材料制造商和合同制造商的信息，并建立網(wǎng)絡，以實現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。但尋找供應商并獲得信任是一個艱難且耗時的過程。

 

例如，真空吸塵器制造商戴森( Dyson )花了長達兩年的時間為其在汽車業(yè)的新業(yè)務尋找供應商。“無論你是戴森還是豐田，制造汽車前燈都需要18個月的時間，”一名參與該項目的員工說。

 

2018年，裝配線變得非常精簡，以至于幾乎可以實時地流入零件，并在零件到達時以最快的速度進行組裝。例如，本田設在英國的裝配廠，只保留了一個小時的零件準備時間。在英國退出歐盟之后，該公司報告稱，邊境進口零部件的滯留時間更長，并表示，每延遲15分鐘，就意味著85萬英鎊的損失。

 

我們研究了技術是如何改進這一復雜的采購流程的。

 

分散式零件制造

 

分散式制造可能是一項即將發(fā)生的變化，可以幫助制造商處理對零件訂單的需求。

 

分布式或分散式制造采用與IT協(xié)調的地理上分散的設施網(wǎng)絡。零件訂單，尤其是用于制造中型或小型產(chǎn)品(如3D打印零件)的訂單，可以通過分布式制造平臺按比例完成。

 

像Xometry和Maketime這樣的公司提供按需3D打印和數(shù)控銑削(一種可以將一個物體從一個區(qū)域中分離出來的減法)，在整個車間網(wǎng)絡中完成零件訂單。

 

在Xometry的網(wǎng)站上，用戶只需要簡單地上傳3D文件，就能獲得銑削，3D打印甚至零件注塑的報價。目前，該公司允許按需定制多達1萬個注塑零件，因此它可以處理大型制造商的生產(chǎn)。

 

Xometry并不是唯一一家提供打印服務的公司：UPS 也在擁抱這一趨勢，在60個地點為噴嘴和支架等塑料部件提供3D打印服務，并利用其物流網(wǎng)絡向全球交付訂單。

 

隨著大規(guī)模定制化的興起，對分散的零件供應商網(wǎng)絡的依賴也將隨之興起。

 

區(qū)塊鏈技術用于資源跟蹤

 

企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)軟件通過客戶關系管理(CRM)跟蹤從原材料采購到資源分配的情況。

 

然而，一個制造企業(yè)可能會有很多不同的ERP系統(tǒng)和孤立的數(shù)據(jù)，具有諷刺意味的是，意在簡化事務的ERP“堆棧”，也可能會變成一團亂七八糟的軟件。

 

事實上，普華永道最近的一份報告發(fā)現(xiàn)，許多大型工業(yè)制造商擁有多達100個不同的ERP系統(tǒng)。

 

區(qū)塊鏈和分布式賬本技術(DLT)項目，旨在將來自公司各個流程和利益相關方的數(shù)據(jù)整合為通用的數(shù)據(jù)結構。許多大型企業(yè)正在試行區(qū)塊鏈項目，這些項目的目的往往是降低其孤立數(shù)據(jù)庫的復雜性和差異。

 

例如，去年，英國航空公司測試了區(qū)塊鏈技術，以維護一個統(tǒng)一的航班信息數(shù)據(jù)庫，用來識別出現(xiàn)在大門、機場監(jiān)視器、航空公司網(wǎng)站和客戶應用程序中的相互沖突的航班信息。

 

當涉及到追蹤零件和原材料的來源時，區(qū)塊鏈可以對這些零件和材料流入工廠的情況進行管理。在區(qū)塊鏈中，隨著產(chǎn)品在從制造到銷售的整個供應鏈中轉換，這些交易數(shù)據(jù)可以記錄在永久分散的記錄中——從而減少時間延遲、成本和人為錯誤。

 

Viant是一家位于以太坊的創(chuàng)業(yè)工作室Consensys的項目，它在許多資金密集型領域為制造商服務。而且Provenance正在建立一個材料和產(chǎn)品的可追溯系統(tǒng)，使企業(yè)能夠在銷售點與消費者接觸，從整個供應鏈的供應商處協(xié)作收集信息。

 

展望未來，我們可以期待更多區(qū)塊鏈項目來構建供應鏈管理(SCM)軟件，處理機器對機器(M2M)通信和交付，并通過縮小公司的數(shù)據(jù)足跡來促進網(wǎng)絡安全。

 

3、操作技術：監(jiān)控和機器數(shù)據(jù)

 

據(jù)推測，未來的制造過程最終將看起來像一個巨大的、自我維持的網(wǎng)絡物理有機體，只需要間歇性的人工干預。但在各個行業(yè)要實現(xiàn)這一目標，還有很長的路要走。

 

根據(jù)精益生產(chǎn)指標(以整體設備效率或OEE衡量)，世界一流的制造基地的理論產(chǎn)能達到85%。但工廠平均只有大約60%，這意味著在活動簡化方面有很大的改進空間。

 

在未來20年里，工業(yè)4.0的成熟首先需要基本的數(shù)字化。

 

最初，我們將看到機器變得更加數(shù)字化友好。之后，數(shù)字化可以轉化為預測性維護和真實預測性智能。

 

大型產(chǎn)品已經(jīng)演變?yōu)?/span>“按小時計算的電力”業(yè)務模式，可確保正常運行時間。按小時供電(或基于性能的合同)現(xiàn)在在制造業(yè)中相當普遍，尤其是在半導體、航空航天和國防等關鍵任務領域。

 

這種想法可以追溯到20世紀60年代，當時通用航空( GE Aviation )、勞斯萊斯( Rolls Royce )和普惠( Pratt & Whitney )等噴氣發(fā)動機制造商開始銷售“按小時付費的推力”，而不是一次性發(fā)動機銷售。這使發(fā)動機制造商能夠擺脫商品陷阱，專注于高利潤維護和數(shù)字平臺。如今，通用會積極跟蹤其發(fā)動機的每一個細節(jié)，因為只有當發(fā)動機工作正常時，它才會得到報酬。

 

盡管保證了正常運行時間，機器的所有者負責優(yōu)化使用情況(就像購買噴氣發(fā)動機仍然需要保證它們良好運行的航空公司一樣)?？傊?，工廠所有者仍然“擁有”機器鏈之間的輸出風險。

 

如果不對每一步進行數(shù)字化處理，效率就會被留在紙上。

 

然而，現(xiàn)在工廠車間里通常留有幾十年的舊機器。除了顯著的成本之外，跟蹤溫度和振動的傳感器并不是在考慮傳統(tǒng)機器的情況下制造的，也會延長了校準周期和功效。

 

當Harley-Davidson的制造工廠經(jīng)歷了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)傳感器改造后，該公司的總經(jīng)理邁克·費舍爾( Mike Fisher )表示：傳感器“使設備更加復雜，而且它們本身就很復雜。但隨著復雜性而來的是機遇。”

 

從基本數(shù)字化到預測

 

簡而言之，操作技術( OT )與傳統(tǒng)IT類似，但針對“未覆蓋區(qū)域”進行了定制。典型的IT堆棧包括臺式機、筆記本電腦以及用于知識工作和專有數(shù)據(jù)的連接，OT管理直接控制或監(jiān)測物理設備。

 

對于制造商來說，OT堆棧通常包括：

 

連接的制造設備(通常配備改裝后的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器)

 

監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)和人機界面(HMI)，為運營分析人員提供工業(yè)監(jiān)控

 

可編程的邏輯控制器(PLC)，這是在工廠機器上抓取數(shù)據(jù)的加固型計算機

 

3D打印機(增材制造)和數(shù)控銑削的機器

 

從某種意義上說，IT和OT是同一個技術堆棧token的兩個方面，而且隨著制造業(yè)得到更好的數(shù)字化，邊界將繼續(xù)模糊。

 

如今，大多數(shù)工業(yè)機器的“大腦”在可編程邏輯控制器(PLC)中，這是堅固耐用的計算機。像西門子，ABB，施耐德和羅克韋爾自動化等工業(yè)巨頭都提供高價位的PLC，但對于小型制造公司來說，這些可能是不必要且昂貴的。

 

這為 Oden Technologies等創(chuàng)業(yè)公司帶來了一個機會，提供可以直接插入大多數(shù)機器的現(xiàn)成計算硬件，或者集成現(xiàn)有的PLC。這反過來又使中小型企業(yè)變得更加精簡，并實時分析其效率。

 

隨著數(shù)字化變得無處不在，技術提升效率的下一波浪潮將是預測分析。如今圍繞物聯(lián)網(wǎng)的敘述表明，所有的東西——每個傳送帶和機器人執(zhí)行器——都會有一個傳感器，但并非所有的工廠功能都具有同等價值。

 

但是，將便宜的物聯(lián)網(wǎng)傳感器應用于一切對象上并不是萬能的，而且完全有可能通過更少數(shù)量的更專業(yè)、更精確的物聯(lián)網(wǎng)傳感器創(chuàng)造更多價值。舉例來說，Augury使用配備人工智能的傳感器來監(jiān)聽機器并預測故障。

 

具有成本意識的工廠業(yè)主將認識到，高度精確的傳感器，將比不必要的物聯(lián)網(wǎng)提供更高的投資回報率。

 

邊緣的新架構

 

計算在“邊緣”完成，或者更接近傳感器，是IIoT體系結構中的一種新趨勢。

 

A16z公司的彼得·萊文(Peter Levine)在人工智能和智能硬件方面進行了設想，他預計無人車、無人機和高級物聯(lián)網(wǎng)對象的云計算將告一段落。

 

在未來工廠中，連接的機器應該沒有什么不同。

 

像Saguna Networks這樣的公司專門研究邊緣計算(接近收集點)，而像Foghorn Systems這樣的公司則進行霧計算(想象一個像LAN一樣在現(xiàn)場完成的低懸云計算)。這兩種方法都可以讓關鍵任務設備安全運行，而無需將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆?，這一過程可以節(jié)省大量帶寬。

 

在不久的將來，人工智能和硬件的進步將允許物聯(lián)網(wǎng)獨立存在，因為我們知道它幾乎與集中式的云無關。

 

這一點很重要，因為從短期來看，這意味著農村工廠不需要發(fā)送一萬條機器信息來傳遞“我很好”，這會花費昂貴的帶寬和計算資源。相反，他們可以將異常情況發(fā)送給中央服務器，并主要處理本地決策。

 

此外，云計算延遲在制造業(yè)方面有很大的不利因素。任務關鍵型系統(tǒng)(如連接的工廠)無法承受將數(shù)據(jù)包發(fā)送到離線云數(shù)據(jù)庫的延遲。

 

從長遠來看，邊緣計算為自動化工廠鋪平了道路。支撐邊緣計算的人工智能軟件將是允許工廠機器進行獨立決策的基礎設施。

 

總而言之，在網(wǎng)絡邊緣利用更多計算的設備將迎來新的分散式工廠設備浪潮。

 

網(wǎng)絡安全是重中之重

 

IIoT的一個悖論是，工廠承擔著重大的下行風險，但幾乎沒有投資于安全防護上：最近一項調查中顯示，28%的制造商表示，過去一年由于網(wǎng)絡安全攻擊導致收入損失，但只有30%的高管表示他們會增加技術方面的支出。

 

網(wǎng)絡攻擊可能對重工業(yè)造成毀滅性影響，在重工業(yè)中，網(wǎng)絡物理系統(tǒng)可能會受到影響。WannaCry勒索軟件襲擊導致歐洲雷諾日產(chǎn)汽車工廠關閉。2014年，一次復雜的網(wǎng)絡攻擊導致德國鋼鐵廠發(fā)生物理損壞。

 

因此，關鍵的基礎設施是網(wǎng)絡安全領域不斷增長的一部分，許多創(chuàng)業(yè)公司如Bayshore Networks? 正在提供IoT網(wǎng)關(連接不同協(xié)議的連接傳感器)，允許多個垂直行業(yè)的制造商監(jiān)控他們的IIoT網(wǎng)絡。Xage等其他基于網(wǎng)關的安全公司甚至采用區(qū)塊鏈的防篡改分類賬技術，從而保證工業(yè)傳感器可以安全地共享數(shù)據(jù)。

 

同樣，添加連接的物聯(lián)網(wǎng)對象和工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)傳感器已經(jīng)在端點處引發(fā)了新的漏洞。

 

為了解決這個問題，Mocana和Rubicon Labs等公司正在IP和設備層面開發(fā)安全通信產(chǎn)品。

 

此外，一些最活躍的企業(yè)網(wǎng)絡安全投資者是對OT計算感興趣的企業(yè)。戴爾(其中包括工業(yè)IoT網(wǎng)關)以及谷歌、通用、三星和英特爾等都是這一領域最活躍的。

 

安全地管理ICS和IIoT系統(tǒng)將繼續(xù)成為一個關鍵的投資領域，特別是黑客攻擊證明了OT的脆弱性之后。

 

<!--[if !supportLists]-->4、<!--[endif]-->勞動力增強和管理

最近在一篇關于家具制造商Steelcase的生產(chǎn)線的報道中，稱人們的存在只是為了配合自動化技術。Steelcase的“vision tables”是計算機化的工作站，一步一步地指導工人，消除組裝家具時的人為錯誤。主要使用聲音提示和頭頂掃描儀跟蹤裝配，如果步驟不正確，系統(tǒng)將不會讓工作人員繼續(xù)工作。掃描儀還允許非現(xiàn)場操作工程師實時分析進度。就Steelcase公司的勞動管理，《紐約客》雜志寫道，? “十年前，工業(yè)機器人幫助工人完成他們的任?，F(xiàn)在，工人則是幫助機器人完成任務?！?/span>

 

制造業(yè)看起來在短時間內發(fā)生了急劇的變化。正如一位退休的西門子高級管理人員最近所說：“車間對員工的技能要求更高了。現(xiàn)在，西門子基本上沒有高中畢業(yè)生能做的工作了?！?/span>

 

但更好的數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)技術正在提高工人的效率。以下是AR，可穿戴設備以及外骨骼衣物等新興技術是如何適應這一趨勢的。

 

AR和移動技術正在將操作手冊數(shù)字化

 

AR將能夠很快地提高工人的技能。

 

除了可以傳遞工廠性能指標和分配工作的免提“瀏覽器”之外，AR還可以分析復雜的機器環(huán)境并使用計算機視覺來繪制機器的零件，如實時視覺手冊。這使得諸如現(xiàn)場服務之類的高技能勞動力成為一種“可下載的”技能(以一種與The Matrix無異的方式)。

 

Daqri和Atheer是專注于工業(yè)環(huán)境的、資金雄厚的頭戴設備制造商。Upskill的Skylight平臺(下圖)為使用谷歌Glass、Vuzix、ODG和Realwear頭戴設備的工人提供AR支持。該公司從波音和GE等投資者手中募集了近5000萬美元的投資。

 

許多AR技術的開發(fā)商設想，這種技術像一個免提“互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器”一樣工作，使工作人員能夠看到相關信息的實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Realwear的可穿戴顯示器不像Daqri頭戴設備那樣追求真正的AR，但即使是眼角的小型顯示器也具備相當強大的功能。

 

其他像Scope AR這樣的公司使用移動和iPad攝像頭，在現(xiàn)場服務中也采用類似的工作方式，使用AR來突出顯示工業(yè)設備上的部件并實時連接到支持專家，能夠大大節(jié)省人們修理損壞設備的成本。

 

與手機配合使用的Parsable是一個工作流平臺，可提供任務和數(shù)據(jù)收集的數(shù)字化，在工業(yè)環(huán)境中，這些工作通常是使用鉛筆和紙張完成的。

 

外骨骼和安全技術將成為骯臟和危險工作的標配

 

外骨骼技術終于在工廠車間中成為現(xiàn)實，這可以大大減少重復性工作的身體損傷。這個領域的創(chuàng)業(yè)公司正在制造可穿戴的高科技裝備，幫助工人承載四肢和背部的壓力。

 

如下圖所示，Ekso Bionics公司正在福特汽車公司的密歇根州裝配工廠測試其EksoVest套裝，使用該套裝的工人報告說，日常工作中頸部的壓力變小了。EksoVest減少了重復運動帶來的損傷，與其他競爭產(chǎn)品不同，它不需要電池或機器人就能提供相應的輔助。Ekso的首席技術官表示，長遠來看，要在最終使用動力外骨骼之前讓工人習慣這種技術。

 

Sarcos是另一家知名的外骨骼制造商，從Schlumberger、Caterpillar、微軟、GE投資部門等投資者那里籌集了資金。Sarcos更專注于遙控機器人和動力外骨骼，可以重復提起200磅的重物。達美航空公司最近表示，它將使用Sarcos的這項技術。

 

該領域還有Strong Arm Technologies公司，該公司生產(chǎn)儀態(tài)測量和提升輔助可穿戴設備。Strong Arm主要的宣傳點是，在受傷或事故風險發(fā)生前進行干預的預測能力，定位為一個以勞動為中心的風險管理平臺。

 

人類仍然需要做一些骯臟和危險的工作，可穿戴設備和外骨骼將增強人類的工作能力，同時也會提高安全性。

 

5、加工、生產(chǎn)和裝配

 

自動化首先會出現(xiàn)骯臟、枯燥和危險的工作場景中。

 

大規(guī)模生產(chǎn)流水線中的許多人類工作已經(jīng)被自動化了。像工業(yè)機器人和3D打印這樣的網(wǎng)絡系統(tǒng)在現(xiàn)代工廠中越來越普遍。機器人變得更便宜、更準確、更安全、更普遍。

 

消費者的需求也在變化，制造商正試圖跟上日益增長的定制化和多樣化的需求。

 

工業(yè)4.0的愿景中，有完全智能的工廠，其中聯(lián)網(wǎng)的機器和產(chǎn)品通過物聯(lián)網(wǎng)技術進行通信，不僅僅是制造原型和組裝一系列特定的產(chǎn)品，還會基于消費者反饋和預測信息對這些產(chǎn)品進行迭代。

 

模塊化生產(chǎn)支持定制

 

在我們進入一個人類基本上與制造業(yè)無關的世界之前，模塊化設計可以幫助現(xiàn)有工廠變得更加靈活。

 

模塊化使得工廠可以更加流線化地進行定制，而不是像傳統(tǒng)的流水線一樣。模塊化可以以更小的部件或模塊的形式出現(xiàn)，來生產(chǎn)個性化更強的產(chǎn)品。它也可能是設備，比如可以在機器人和機器上使用可交換的終端效應器，從而可以進行更多種類產(chǎn)品的加工。

 

目前，大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)在為滿足消費者對更大定制化和多樣化的需求而進行重新設計。波士頓咨詢調查顯示， 90%的汽車制造商表示，預計到2030年，將裝配模塊化生產(chǎn)線。模塊化設備將允許更多的模型從相同的生產(chǎn)線中脫離出去。

 

創(chuàng)業(yè)公司也正在利用向模塊化轉變的機會。

 

Vention公司可以根據(jù)需求定制工業(yè)設備。從Vention的模塊化部件中進行選擇，一個公司只要上傳他們想要的設備的CAD設計就行了，3天后就會開始交付專門的工具或機器人設備。許多現(xiàn)有的工廠都在通過使用簡單的協(xié)作機器人臂或定制機器完成的零散工作，隨著各地工廠都在尋找提高效率的方法，這些解決方案將獲得增長空間。

 

模塊化生產(chǎn)將影響提供更多產(chǎn)品定制的行業(yè)。例如，個性化醫(yī)療正在推動滿足更小、更有針對性的需求。在醫(yī)藥制造業(yè)中，模塊化使得制造商能夠生產(chǎn)各種產(chǎn)品，并且更快地進行轉換。

 

機器人將單一化的工作自動化

 

工業(yè)機器人的采用導致了制造業(yè)工作崗位的減少，制造業(yè)工作崗位數(shù)十年來一直在下降。正如美國美林銀行的一份報告所解釋的:“機器人增多，人類減少?！?/span>

 

但最新的機器人技術浪潮，似乎正在幫助人類工人更好地完成工作。

 

協(xié)作機器人可通過輔助運動來進行編程。首先，它們復制人們的手工向前移動來“學習”。這些機器人被認為是用于協(xié)作的，因為它們可以和人類一起工作。

 

這些是真正的合作，還是會使人類勞動力變得多余，仍有待觀察。在田納西州的日產(chǎn)(Nissan)工廠增加了自動導航車輛后，沒有任何物料搬運工因生產(chǎn)率提高而被辭退。歐洲飛機制造商空中客車(Airbus)公司也使用移動機器人與人類一起工作。

 

哪怕是最好的機器人仍然存在局限性，但經(jīng)濟學家擔心自動化最終會導致勞動力大規(guī)模重組。

 

由于世界范圍內的勞動力成本上升，機器人技術正在引發(fā)新一輪的回流——制造業(yè)回歸美國。

 

波士頓咨詢在2015年進行的一項調查顯示，接受調查的美國制造商中有24%表示他們正在積極地將生產(chǎn)線從中國轉移回美國，或者計劃在未來兩年內這樣做，這一數(shù)據(jù)在2012年僅為10%。大多數(shù)人認為，自動化成本的降低，使美國更具競爭力。

 

就單一化的工作來說，比如包裝、分揀、重復提升等，機器人變得非常有價值。協(xié)作機器人制造商Universal Robots表示，工廠采用它的一些機器人手臂，平均在195天內就能回本?？傮w而言，平均一個協(xié)同機器人售價為24000美元。

 

之前，我們已經(jīng)確定了80多家機器人創(chuàng)業(yè)公司，但對于重型機械加工而言，ABB，三菱，F(xiàn)anuc和Yaskawa等大型工業(yè)企業(yè)仍然占據(jù)了顯著的市場份額。

 

在短期內，協(xié)作機器人的可重新編程特性將使制造公司的定制化程度提高，并與現(xiàn)有設備和員工并行工作。然而，從更長的時間范圍考慮，機器人將成為向“熄燈”制造邁進的引擎。

 

3D打印

 

對于某些大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，3D打印的運用，或許不會顛覆注塑成型的規(guī)模經(jīng)濟。但對于較小規(guī)模的生產(chǎn)，使用3D打印是有意義的。

 

通過使用3D打印制造的零部件，通用電氣制造的發(fā)動機所需的燃料比以前的設計少了15%。通用電氣表示，它將在2018年開始對這些發(fā)動機進行潛在的飛行測試。

 

隨著大規(guī)模定制在某些消費產(chǎn)品中興起，制造商將越來越多地轉向3D打印。

 

鞋子已成為一種流行的用例。例如，阿迪達斯與Carbon合作大規(guī)模定制運動鞋。另外，像Voxel8和Wiiv等其他3D打印服務公司已經(jīng)專門用鞋子使用案例來定位自己的業(yè)務。

 

僅僅幾年后，在消費電子產(chǎn)品、服裝和其他配件中看到大規(guī)模定制的部件可能會更加普遍——這些零部件都是通過3D打印技術生產(chǎn)出來的。此外，如果火箭打印創(chuàng)業(yè)公司Relativity Space有所突破，該技術也將用于建設大規(guī)模工業(yè)。

 

工業(yè)3D打印是更廣闊的應用領域中最熱門的領域，許多創(chuàng)業(yè)公司都致力于提供包括碳纖維或其他具有奇特屬性的金屬的先進材料。

 

6、質量保證

 

隨著工廠數(shù)字化，質量保證將越來越多地嵌入到組織的代碼庫中。機器學習支持的數(shù)據(jù)平臺，如Fero，Sight Machine和Uptake等，將能夠將精益生產(chǎn)原理編入系統(tǒng)的內部運作中。

 

計算機視覺和區(qū)塊鏈技術已經(jīng)出現(xiàn)，并提供了一些令人信服的替代方法來追蹤生產(chǎn)質量。

 

計算機視覺

 

在大規(guī)模生產(chǎn)中，檢查每個產(chǎn)品是否符合規(guī)格要求是一項非常枯燥的工作，而且還會受到人為錯誤的限制。相比之下，未來的工廠會使用機器視覺來掃描人眼可能忽略的瑕疵。

 

風投支持的創(chuàng)業(yè)公司，如Instrumental正在訓練人工智能來發(fā)現(xiàn)制造問題。著名的人工智能專家吳恩達創(chuàng)立了一個以新制造業(yè)為重心的創(chuàng)業(yè)公司Landing.ai，該公司已經(jīng)與富士康建立了合作關系。(以下是 Landing.ai識別缺陷模塊的一個視圖。)

 

電子學中，有許多瑕疵甚至對人眼都看不到。能夠即時識別和分類缺陷將使質量控制自動化，會使工廠更具競爭力。

 

區(qū)塊鏈將有助于召回

 

2017年8月，沃爾瑪，?Kroger，雀巢和聯(lián)合利華等與IBM合作，通過加強供應鏈跟蹤，利用區(qū)塊鏈來改善食品安全。沃爾瑪自2016年以來一直與IBM合作，并表示區(qū)塊鏈技術有助于將追蹤芒果的出貨時間從7天縮短至2.2秒。

 

隨著其他9家大型食品供應商加入IBM項目，食品行業(yè)在這種罕見的合作中也可以更好地實現(xiàn)安全召回。

 

同樣，使用區(qū)塊鏈或分布式分類賬的工廠在召回時可以更好地定位。在加工食品或汽車的工廠中，單一的召回管理系統(tǒng)可以更迅速地找出故障零件或污染批次的來源，從而更有效地挽救生命和金錢。

 

7、倉儲

 

“熄燈”倉庫可能比“熄燈”工廠來得更快。

 

隨著電子商務的興起，對倉庫空間的需求出現(xiàn)了爆炸式的增長。去年，倉庫平均高度與2001年相比增長了21%，2017年10月，新倉庫建設支出達到高峰，達到了23億美元。

 

倉儲機器人

 

亞馬遜以7.75億美元的價格收購了Kiva Systems，引發(fā)了機器人制造商之間的軍備競賽。借著電子商務浪潮和全行業(yè)按時交付訂單的壓力，我們目睹了致力于提高效率的機器人創(chuàng)業(yè)公司大量涌現(xiàn)。

 

最近，其他類似Kiva的公司，包括Fetch Robotics和GreyOrange，也在關注倉儲自動化的其他領域，如分揀和裝貨。

 

一些初創(chuàng)公司，如Ready Robotics和Locus已經(jīng)運用傳統(tǒng)的機器人臂來打包電子商務訂單中的商品，盡管它們的協(xié)作特性使其更加適用許多工業(yè)任務。

 

以制造商和硬件為重點的投資者將繼續(xù)尋找下一個比現(xiàn)狀要好10倍的機器人制造商。而更便宜和更靈活的機器人的經(jīng)濟性可能意味著，在短期內，我們將看到更多的機器人和人類一起工作。

 

用于掃描的人工智能

 

隨著計算機視覺融合到企業(yè)資源規(guī)劃中，在對產(chǎn)品進行分類、掃描和發(fā)現(xiàn)缺陷時將需要更少的工人和剪貼板。

 

例如，Aquifi將計算機視覺技術運用到了固定的IIoT和手持式掃描儀上，可以測量產(chǎn)品尺寸，計算碼垛中箱子的數(shù)量，并檢查箱子的質量。 目前，這通常是通過剪貼板，肉眼和間歇掃描完成的。

 

對于IIoT來說，計算機視覺將會變得越來越重要，它可以將倉庫中發(fā)生的事情實時傳遞出來。

 

8、運輸和供應鏈管理?

 

一旦產(chǎn)品被包裝和碼垛，高效率地把它們運送出去是一項艱巨的任務。隨著成千上萬的SKU數(shù)字和訂單的管理，其復雜程度可以令人震驚——而企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)軟件可能已經(jīng)難以應對了。

 

但物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術仍然能夠使實時供應鏈管理變得更加細化。

 

卡車和車隊遠程信息處理物聯(lián)網(wǎng)

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來源：中國3D打印網(wǎng)