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　　松懈與重構(gòu)：工業(yè)4.0與工業(yè)4.1

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　“雖然那時(shí)的網(wǎng)絡(luò)化制造機(jī)器仍處于起步期，但已經(jīng)普遍被用來(lái)制造（幾乎）任何產(chǎn)品。而這改變了一切?！甭槭±砉W(xué)院比特和原子中心（MIT’s Center for Bits and Atoms）主任尼爾·格申貝格（Neil Gershenfeld）這樣說(shuō)。

　　獨(dú)立自主機(jī)器人、3D列印、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和感應(yīng)器技術(shù)正在促進(jìn)制造商業(yè)模式的變革。工業(yè)制造的新時(shí)代建立在互聯(lián)網(wǎng)力學(xué)控制系統(tǒng)的基本概念之上。消費(fèi)者有望在此種新商業(yè)模式中充分發(fā)揮更大作用。

從18世紀(jì)末已經(jīng)開(kāi)始，我們的社會(huì)經(jīng)歷了一個(gè)根本變革：從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)向工業(yè)經(jīng)濟(jì)的變革。我們能把工業(yè)民主革命分成四個(gè)期。18世紀(jì)水和蒸汽動(dòng)力催生機(jī)械制造，工業(yè)民主革命由此拉開(kāi)序幕；第二期在20世紀(jì)初，電力產(chǎn)品興起，與亨利·福特（Henry Ford）和阿瑟·泰勒（Frederick Taylor）等人緊密相關(guān)；上世紀(jì)70年代見(jiàn)證了電子輔助工具和IT控制系統(tǒng)在制造車(chē)間的應(yīng)用領(lǐng)域，及其對(duì)制造自動(dòng)化造成的影響，被認(rèn)為是工業(yè)民主革命第三期。

那時(shí)，我們正面臨著第三期的到來(lái)。獨(dú)立自主機(jī)器人、3D列印、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和感應(yīng)器技術(shù)是當(dāng)前幾個(gè)促進(jìn)制造商業(yè)模式變革的主力。工業(yè)制造的新時(shí)代（通常被稱(chēng)為工業(yè)4.0）建立在互聯(lián)網(wǎng)力學(xué)控制系統(tǒng)的基本概念上。現(xiàn)實(shí)生活和虛擬當(dāng)今世界之間的深刻交互是制造過(guò)程的核心理念。產(chǎn)業(yè)4.0倚賴(lài)繁雜的物體虛擬互聯(lián)網(wǎng)，這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)能收集、處理、分析源自力學(xué)當(dāng)今世界的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析和交換能使第一類(lèi)彼此可視化并獨(dú)立自主地繼續(xù)執(zhí)行多個(gè)各項(xiàng)任務(wù)。

　　第三期的工業(yè)民主革命使得產(chǎn)品和服務(wù)項(xiàng)目的邊界越來(lái)越模糊，并為所謂“服務(wù)項(xiàng)目制造業(yè)”鋪平了高架道路。無(wú)人駕駛汽車(chē)就是有名的范例。感應(yīng)器和軟件的結(jié)合使汽車(chē)能在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)今世界中自我定位，并與信號(hào)燈、其它車(chē)輛、人、高架道路標(biāo)線、標(biāo)志等第一類(lèi)進(jìn)行可視化。那時(shí)，互相相連的智能第一類(lèi)已經(jīng)比當(dāng)今世界上的人還多，而這僅僅是個(gè)已經(jīng)開(kāi)始。未來(lái)幾年內(nèi)，將有超過(guò)500億的物體相互相連，從可攜式、襪子，到醫(yī)療設(shè)備。

透過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，這些第一類(lèi)之間的相互作用能預(yù)防車(chē)禍、遠(yuǎn)程就醫(yī)并減少能源節(jié)約，同時(shí)還為使用者更好地管理時(shí)間和資源提供更多了可能。例如，終端應(yīng)用領(lǐng)域Waze能透過(guò)分析所有相連到插件的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來(lái)協(xié)助使用者躲避交通擁堵。打開(kāi)插件，使用者就會(huì)消極地提供更多交通和高架道路統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，協(xié)助機(jī)器動(dòng)態(tài)分析并推薦快捷路線。

　　工業(yè)制造操作過(guò)程也變得更加智能和高效。事實(shí)上，工廠中機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信已使設(shè)備能自動(dòng)配置、調(diào)整并預(yù)測(cè)故障，無(wú)需人工輔助。透過(guò)機(jī)器上的感應(yīng)器，能監(jiān)測(cè)繼續(xù)執(zhí)行了哪些各項(xiàng)任務(wù)、機(jī)器工作了多久以及何時(shí)需要日常保護(hù)。另一方面，透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)制造操作過(guò)程進(jìn)行反饋，企業(yè)能巧妙地調(diào)節(jié)產(chǎn)品功能，提供更多個(gè)性化服務(wù)項(xiàng)目。

EMC公司預(yù)計(jì)，制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模在2022年將達(dá)4萬(wàn)億美元，用于減少各種形式的節(jié)約（包括時(shí)間）以及獲得員工和客人行為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的收益將源自資產(chǎn)管理水平的提高——尤其是透過(guò)更智能的保護(hù)。

　　工業(yè)4.0的基本概念倚賴(lài)機(jī)器在理解和與力學(xué)當(dāng)今世界獨(dú)立自主交互中的核心理念地位，并為智能工業(yè)流程、新商業(yè)商業(yè)模式和新產(chǎn)品服務(wù)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供更多了巨大機(jī)會(huì)。然而，處理機(jī)器間獨(dú)立自主可視化，技術(shù)創(chuàng)新的最酷還為制造也提供更多了其它更大的想像內(nèi)部空間。隨著第三期工業(yè)民主革命的展開(kāi)，3D列印技術(shù)的普及為使用者積極參與制造操作過(guò)程提供更多了機(jī)會(huì)。這代表了消費(fèi)者角色的決定性改變。工業(yè)4.0是在智能第一類(lèi)的繁雜互聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)中，客人消極提供更多統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息來(lái)更貼近企業(yè)，它的進(jìn)一步發(fā)展——“工業(yè)4.1”——將使消費(fèi)者在制造操作過(guò)程中重新充分發(fā)揮核心理念作用。

最新的3D列印技術(shù)和位數(shù)3D列印平臺(tái)使消費(fèi)者在制造操作過(guò)程中充分發(fā)揮積極甚至主導(dǎo)作用。使用者以工業(yè)民主革命以來(lái)從未有過(guò)的程度促進(jìn)制造工藝。3D列印讓人們從位數(shù)模型已經(jīng)開(kāi)始創(chuàng)建二維第一類(lèi)。二維原型被網(wǎng)絡(luò)化分割，超薄金屬材料連續(xù)逐層拼接，直到固體形態(tài)形成。此種“involves”制造與傳統(tǒng)制造工藝正相反，從根本上避免了鑄造、福盧、成型、機(jī)械加工和組合操作過(guò)程中的金屬材料節(jié)約。此種特性跟規(guī)模經(jīng)濟(jì)性不相干，從而非常適合定制化制造，滿(mǎn)足個(gè)體的獨(dú)特特點(diǎn)或偏好。

　　從“為消費(fèi)者定制”到“消費(fèi)者參與”

　　從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造與配送，消費(fèi)者能參與到制造的任一期。透過(guò)3D列印平臺(tái)與其它輔助工具參與到設(shè)計(jì)期，設(shè)計(jì)微調(diào)非常容易，并能根據(jù)自己設(shè)定的參數(shù)RRC做產(chǎn)品。

木業(yè)市場(chǎng)就是此種“度身定制”的好范例，已經(jīng)被應(yīng)用領(lǐng)域。很多應(yīng)用領(lǐng)域軟件都能將蘋(píng)果手機(jī)變成一個(gè)終端3D掃描器，將使用者拍攝的足部照片統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的3D模型，最后3D列印出符合要求的襪子。3D列印擁有巨大想像內(nèi)部空間，幾乎能顛覆所有產(chǎn)品的商業(yè)商業(yè)模式——只要此種“度身定制”能提供更多給消費(fèi)者新的附加值。一些平臺(tái)如Twikit（一個(gè)3D定制平臺(tái)）就提供更多訂制珠寶、服裝、臺(tái)燈以及其它日常物品。許多公司也在醫(yī)藥領(lǐng)域開(kāi)展了“度身定制”——比利時(shí)公司Materialise就能3D列印患者的假肢。

　　消費(fèi)者還能在本地社區(qū)創(chuàng)建與企業(yè)交互的公司。事實(shí)上，“involves”制造控制系統(tǒng)的成本要遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)制造。很多初創(chuàng)企業(yè)都是按客戶(hù)要求制造小批量產(chǎn)品，途徑都是一對(duì)一的個(gè)人性接觸。

在這點(diǎn)上，有必要提一提如今火遍全球的“開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”（又名FabLabs）。在這些內(nèi)部空間，任何人都能使用所提供更多的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化建造（包括使用3D列印機(jī)），并有專(zhuān)業(yè)人士支持進(jìn)行原型制作。雖然基本概念較新，但全球已經(jīng)有上千個(gè)FabLabs投入使用，鼓勵(lì)所有人參與網(wǎng)絡(luò)化建造中，不論是否對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有所了解。消費(fèi)者也能得到協(xié)助自己制作產(chǎn)品，租賃甚至買(mǎi)下一臺(tái)3D列印機(jī)在家里進(jìn)行創(chuàng)作。

“制造型消費(fèi)者”的基本概念——同時(shí)參與消費(fèi)和制造的使用者——并非最近才被提出的，尤其在服務(wù)項(xiàng)目業(yè)，比如使用者線上登記入住酒店并列印入住單，或者使用網(wǎng)銀自己完成轉(zhuǎn)賬。然而直到最近，此種情況才出現(xiàn)在制造業(yè)，傳統(tǒng)商業(yè)模式是將消費(fèi)者與制造流程分開(kāi)，有了3D列印技術(shù)后，制造型消費(fèi)者必將大量出現(xiàn)。消費(fèi)者們不再簡(jiǎn)單地只是客戶(hù)，他們也將為制造流程做出貢獻(xiàn)，和企業(yè)共同創(chuàng)造產(chǎn)品。

　　現(xiàn)在，我們只能推測(cè)此種在制造流程中由科技輔助的消費(fèi)者參與將怎樣改變工業(yè)。但傳統(tǒng)制造業(yè)的整體性并不會(huì)因此被打破。相反，隨著企業(yè)重構(gòu)自身制造流程，并鼓勵(lì)消費(fèi)者們更大程度的參與，從而抓住那些由網(wǎng)絡(luò)化制造提供更多的眾多新機(jī)遇，我們極可能會(huì)見(jiàn)證一些產(chǎn)品的制造操作過(guò)程發(fā)生大幅改變。這可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)介于傳統(tǒng)制造與附加制造之間的“混合型”制造業(yè)的產(chǎn)生，它將促使互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)今世界產(chǎn)生某種更深層次的聯(lián)系。

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