智能制造的理想终局：工业4.0

智能制造的理想终局：

工 业 4.0

第四次工业革命正快速影响着制造业处理工作中重大挑战的方式，例如用工短缺，供应链管理和作业安全。

长期以来，疫情影响着各行各业，将繁多的机遇与挑战呈现在我们面前。尽管全球经济逐渐复苏，商品的流通也明显反弹，制造业用工荒仍在持续。由此产生的可观的工业自动化需求，将工业机器人的交付周期从疫情前的六个月拉长到了一年。

在这样动态的环境下，更多的制造业者开始思考如何有效的改善原材料的供应以确保市场需求得到满足，同时保持原料成本和质量的可控。为此，大量工业4.0(Industry4.0或I4.0)的解决方案得得以在疫情期间加速推进，例如：

3D打印技术

高级机器人

可穿戴设备、增强现实和虚拟现实技术

物联网技术(IoT)

人工智能技术

工业4.0，指的是在制造业中应用大量的自动化和上述前沿技术，以支持决策，同时提升生产力的制造业技术发展趋势。本文将着重展示该技术革命中的前沿发展现状，以及制造业者们如何利用这些技术以应对日常工作中的重大挑战。

技术发展是工业4.0革命的核心动力

首先，本文将为您展示工业4.0的关键发展，尤其是跨平台、跨应用场景的技术发展及其对制造业的启示。

最初，3D打印主要应用于原型设备的制造和小批量的定制生产，并逐渐将其应用场景拓展到大批量的生产制造。因此，3D打印批量生产的速度更快，同时其所需物料的价格正在降低。

近期一项对于定制生产中心的调查结果显示，相比2020年，73%的机械制造公司在2021年生产或采购了更多的3D打印零部件。尽管现今3D打印对整体制造产量的贡献仍不足0.1%，这项技术的应用场景和对定制化生产的需求在未来仍将持续增加。该调查结果还显示，3D打印市场将以17%的平均年增长率持续扩张，并有望在2026年形成一个372亿美元的市场。

由于新冠疫情带来的供应链阻隔，相当数量的企业转向了3D打印技术以缓解紧绷的产能和工时。在医疗和健康领域，每当传统机械无法满足爆炸增长的需求时，3D打印技术常被应用于打印紧急的医疗零部件和定制化的产品，诸如口罩，新冠拭子和呼吸机零部件。例如在新冠爆发的初期，意大利一家3D打印初创公司Isinnova研发出了关键的呼吸机替换阀门；在2020年4月，来自美国的3D打印公司Carbon可每周生产百万个以上的新冠鼻拭子。

快速原型生产和3D打印在生产领域的另一项主要应用则是激光。这项技术通常被用于高速焊接领域。宾州州立大学的TimothyW.Simpson教授表示：“制造商之间的‘激光战争’已经打响，这也将给3D打印技术带来全新的想象空间。”

随着人工智能和机器学习的发展与渗透，3D打印机也将在未来持续的迭代进化。随着这项技术的生产提速和质量提升，它和传统制造技术的分庭抗礼的时间点也在不断临近。而目前，工程师们正在不断地降低金属粉末的生产成本，从而让3D打印技术变得更具有成本优势。

在新冠疫情的不断催化作用下，高级机器人在制造业中的比重在稳步提升。一份国际机器人联盟的报告显示，在2021年，全球的每10000名制造业从业者中的工业机器人密度达到了126台，为历史新高。而这一指标在2015年时仅为66台。其中，工业互联网的和信息化系统的发展和整合进一步发掘了机器人的潜力，并为我们设想的协同机器人系统（Co-Bots）铺平了道路。

而在这个过程中，不得不提到新冠疫情带来的各种挑战在2021年底起到的推动作用。尤以短期需求波动、断续和不可预测的用工荒、防疫措施带来的作业场所限制和加速变化的终端需求为甚。国际机器人联盟预测直到2024年，工业机器人市场的年复合增长率将达到5%.

与此同时，机器人系统的整合成本在持续地下降，这也让中小企业在人工成本增长的环境中实施机器人方案成为了可能。一份ARK Investment Management的报告显示，到2025年，工业机器人的单位成本将下降50%至60%。这主要归功于物料和技术成本的下降、工业物联网和云端基础设施的改进和机器人系统整合成本的降低。