工業5.0 —— 過程制造(zao)業(ye)的一場(chang)新(xin)變革(ge)

轉載自：MES百科

作者：Andreas Eschbach，來源：控制工(gong)程中文版

不(bu)應(ying)低估過(guo)程(cheng)制造(zao)(zao)(zao)業對(dui)當今社會(hui)的影響。過(guo)程(cheng)制造(zao)(zao)(zao)是(shi)一(yi)種生產(chan)(chan)方式，通(tong)過(guo)生物(wu)技術(shu)、制藥和化學操作(zuo)中使用(yong)的成分(fen)或(huo)原材(cai)料，利用(yong)配方來生產(chan)(chan)商品，這與離散制造(zao)(zao)(zao)不(bu)同(tong)。離散制造(zao)(zao)(zao)的特點是(shi)不(bu)同(tong)的單(dan)元生產(chan)(chan)。隨著(zhu)認知計算的應(ying)用和更關(guan)注以人為(wei)本的需求(qiu)，工業5.0 將(jiang)為過程制造(zao)業帶(dai)來(lai)新的(de)(de)轉型(xing)機遇，這(zhe)將(jiang)徹底改變化工(gong)、制藥和生物技(ji)術(shu)制造(zao)業。了解這(zhe)些舉措的(de)(de)意義及其帶(dai)來(lai)的(de)(de)影響非常重要。

首先，工(gong)業5.0 包括人如何與機器人和(he)智(zhi)能設備一起(qi)工作。例如，班次間(jian)(jian)的溝(gou)通涉及到在制造工廠(chang)中信息的分享。今天(tian)，這主要(yao)是人與人之間(jian)(jian)的交流，但隨著工業(ye)5.0 的到來，機器人將通過利用物聯網(wang)（IoT）和(he)大數據幫助人類更(geng)好(hao)更(geng)快地工作。在以自(zi)動化和(he)效率為重的工業(ye)4.0 中，需(xu)要(yao)更(geng)多地體現(xian)人的因素。

機器人經常從事(shi)危(wei)險、單調或(huo)重體力勞(lao)動，比如在(zai)汽(qi)車工(gong)(gong)廠(chang)的焊接或(huo)在(zai)倉庫(ku)里裝卸重型材料。工(gong)(gong)業(ye)4.0 為(wei)工作(zuo)場所帶來(lai)了更智能、更互聯的機器， 工業5.0 則更進一步，將這些認知(zhi)計算(suan)能力與協作(zuo)操作(zuo)中(zhong)的人類(lei)智能相結合。

人性(xing)化的工(gong)業4.0

工業5.0 中出現的(de)(de)所(suo)有(you)創(chuang)新(xin)和(he)智能制造應用，如計(ji)算(suan)設計(ji)創(chuang)新(xin)，都是伴隨著物(wu)(wu)聯(lian)網的(de)(de)發展而(er)出現的(de)(de)。在工業(ye)4.0 到來(lai)之后，過(guo)(guo)程工業(ye)開始通過(guo)(guo)采用主要由網絡物(wu)(wu)理系統組成的(de)(de)智能應用進行轉型，并(bing)使應用實(shi)現機器(qi)與機器(qi)（M2M）之間的(de)(de)交互(hu)。雖然這種(zhong)演變(bian)集(ji)中在傳感器(qi)和(he)數據上，但(dan)它改變(bian)了過(guo)(guo)程工業(ye)的(de)(de)生產(chan)(chan)，為(wei)大批量生產(chan)(chan)過(guo)(guo)程帶來(lai)更(geng)大的(de)(de)透(tou)明度。

工業4.0 和(he)IIoT 概念并非沒有局限，因(yin)為它們主要關注于M2M 自動化，并且(qie)沒有意(yi)識到人(ren)為因(yin)素是性(xing)能(neng)提升不可缺少(shao)和(he)創(chuang)造性(xing)的(de)(de)因(yin)素。機器(qi)只(zhi)能(neng)執行編(bian)程(cheng)設定的(de)(de)活動，而(er)人(ren)則會帶來(lai)創(chuang)新和(he)創(chuang)造力(li)。在解決(jue)工(gong)廠可能(neng)出現的(de)(de)異(yi)常工(gong)況(kuang)時，人(ren)類智慧可以(yi)(yi)有更(geng)大的(de)(de)潛力(li)，即使在可能(neng)涉及復(fu)雜和(he)危(wei)險(xian)制(zhi)造過程(cheng)的(de)(de)情況(kuang)下(xia)，人(ren)也(ye)可以(yi)(yi)發揮作(zuo)用。

了解人類潛(qian)能和問題(ti)解決(jue)能力所帶來的(de)價值的(de)過程制造商，將(jiang)在(zai)工業5.0 興起時(shi)獲(huo)得(de)更大的發(fa)展機(ji)會。將人從等式中移除會導致一些難(nan)以解(jie)決的問題。

過程制造業(ye)發展(zhan)的(de)下(xia)一階段(duan)

過程(cheng)制(zhi)造業(ye)發展的下一階段， 是利用IIoT 和人(ren)工(gong)(gong)智能(neng)（AI）的(de)機(ji)器(qi)輔助(zhu)人(ren)類概念（machine-assisted human）。在實驗室和研發領域(yu)，AI 已(yi)經在這(zhe)兩個(ge)領域(yu)發揮了(le)重要作用(yong)，并開始通過強(qiang)大的(de)認知能(neng)力來支(zhi)持工(gong)(gong)廠車間(jian)過程。關鍵(jian)是如何(he)讓數據對(dui)人(ren)有用(yong)，這(zhe)樣人(ren)和機(ji)器(qi)可以作為團(tuan)隊來協調工(gong)(gong)作，構建一個(ge)更強(qiang)大、更有彈性的(de)系統。

AI 系(xi)統的(de)(de)一個(ge)重要應(ying)用，是可(ke)以(yi)幫助(zhu)加速產(chan)(chan)品開發，例如藥物制(zhi)造。AI 可(ke)以(yi)幫助(zhu)人提(ti)供正確的(de)(de)數(shu)據，以(yi)便對從實(shi)驗(yan)到生產(chan)(chan)制(zhi)造過程的(de)(de)各個(ge)環節(jie)的(de)(de)數(shu)據進行(xing)分析。從AI 中獲得(de)并(bing)交付給(gei)人類(lei)進行(xing)數(shu)據分析的(de)(de)見解，可(ke)以(yi)減少制(zhi)藥所需(xu)的(de)(de)時間，并(bing)降(jiang)低成本。

另一個例(li)子是(shi)波音(yin)的(de)空中力量(liang)協作(zuo)系統，其中AI 控制的(de)無人(ren)(ren)機可以支持載人(ren)(ren)飛(fei)機，從而增強了空中軍事任(ren)務實施的(de)能(neng)力。人(ren)(ren)與機器協(xie)同(tong)工作的(de)這些(xie)增強功(gong)能(neng)，描繪了機器輔助人(ren)(ren)類協(xie)作的(de)新水平。

工業5.0 將為(wei)技術的(de)速度(du)和準確性與人(ren)類的(de)創造性和認知技能(neng)相結合提供支持。這將產生一個(ge)更強(qiang)大、更具(ju)競爭力的(de)系統。共存(cun)為(wei)探索提供了許多機會(hui)，包(bao)括新(xin)的(de)、令人(ren)興奮的(de)工(gong)作崗(gang)位，因為(wei)人(ren)們將擺脫枯燥單調的(de)任(ren)務，取而代之的(de)是能(neng)夠利用其固有的(de)認知技能(neng)，為(wei)工(gong)廠帶來更大的(de)價值。

工(gong)業(ye)5.0 甚至可能會(hui)(hui)帶來新的(de)(de)社會(hui)(hui)契約的(de)(de)發展和工廠車間更(geng)(geng)好(hao)的(de)(de)溝通(tong)(tong)。除(chu)了人與機(ji)器人之(zhi)間的(de)(de)通(tong)(tong)信(xin)之(zhi)外，還將有(you)更(geng)(geng)多(duo)機(ji)會(hui)(hui)以(yi)更(geng)(geng)實質性(xing)的(de)(de)方(fang)式，進行(xing)更(geng)(geng)多(duo)的(de)(de)人與人之(zhi)間的(de)(de)協作，激活信(xin)息從(cong)而推動(dong)(dong)彈性(xing)、問(wen)責制并確保合(he)規性(xing)。例如(ru)，以(yi)人為主導的(de)(de)行(xing)動(dong)(dong)可以(yi)更(geng)(geng)好(hao)地應對不利事(shi)件，或幫助減輕諸如(ru)疫情等重大災害(hai)的(de)(de)風險。

 智(zhi)能(neng)的工廠過程管(guan)理(li) 

出于上述原因，不應低估諸如工(gong)廠過(guo)程管理(li)（PPM）等概念。一個安全高效(xiao)的(de)(de)(de)(de)工廠最有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)行方式，應該(gai)是被(bei)由(you)情景信息(xi)(xi)驅(qu)動的(de)(de)(de)(de)員工來(lai)運(yun)(yun)行，該(gai)信息(xi)(xi)涉及所有發(fa)生的(de)(de)(de)(de)物理(li)過程(cheng)(cheng)。工廠過程(cheng)(cheng)管理(li)滿(man)足的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)適用于任(ren)何類型的(de)(de)(de)(de)工廠，與(yu)部署(shu)多少物聯網(wang)儀表、機器學習（ML）或預測性維護(hu)無關。重要的(de)(de)(de)(de)是，允許(xu)從制(zhi)造過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)(de)任(ren)何人類和(he)機器接觸點攝(she)取和(he)分析知識。

最(zui)關(guan)鍵的(de)(de)是每隔一段時間(jian)（如輪班(ban)或例行(xing)檢查期間(jian)），從(cong)參與生(sheng)產(chan)過程的(de)(de)所有人(ren)員那里獲取知識。這(zhe)些數字化捕(bu)獲的(de)(de)信息，可以(yi)實(shi)時傳遞(di)給生(sheng)產(chan)過程中(zhong)的(de)(de)所有成(cheng)員。從(cong)工(gong)(gong)廠車間(jian)到(dao)現場經理(li)、實(shi)驗(yan)室(shi)、值班(ban)經理(li)、工(gong)(gong)藝工(gong)(gong)程師、生(sheng)產(chan)經理(li)，再到(dao)組織(zhi)的(de)(de)高層，整(zheng)個(ge)鏈條(tiao)上的(de)(de)每個(ge)環節都是完全透明的(de)(de)，這(zhe)意味(wei)著可以(yi)實(shi)現更好的(de)(de)決策(ce)。

隨著工業5.0 在(zai)制造環境中的(de)應用，我(wo)(wo)們(men)可(ke)以期待看到(dao)這樣(yang)的(de)場景：在(zai)生產工廠中，向機(ji)(ji)器委派更復雜的(de)任務，就像我(wo)(wo)們(men)現在(zai)說“Alexa，播(bo)放音樂”一樣(yang)簡單、自然。很明(ming)顯，人們(men)（而不(bu)是(shi)(shi)(shi)機(ji)(ji)器人）將繼續(xu)使(shi)用工廠過程管理，并(bing)對(dui)其制造工廠的(de)表現負責。這不(bu)是(shi)(shi)(shi)一個制造商是(shi)(shi)(shi)否能從與機(ji)(ji)器人協同工作的(de)員工中受(shou)益(yi)的(de)問題，而是(shi)(shi)(shi)他們(men)如何(he)利用AI 技術，來推(tui)動人機(ji)(ji)交互的(de)最(zui)佳(jia)結果。

能夠可持(chi)續發展的(de)制(zhi)造商，將是(shi)那些(xie)利(li)(li)用技(ji)術來為(wei)人賦能，使其(qi)能夠利(li)(li)用其(qi)天賦和能力來提高生產力的(de)企業(ye)。人們期望(wang)工業(ye)5.0能提供一(yi)個人與機器(qi)成功互連(lian)的環境。這將(jiang)有助于(yu)應對未來制造(zao)業的復(fu)雜性(xing)(xing)(xing)所帶來的挑戰，包括(kuo)通過優化的機器(qi)人制造(zao)工藝增加定制化，這將(jiang)需要(yao)高(gao)度的合(he)作。這將(jiang)確保所有工廠職能部門的透(tou)明度、可靠性(xing)(xing)(xing)和可視(shi)性(xing)(xing)(xing)更(geng)高(gao)，以幫助團(tuan)隊更(geng)好地溝通并(bing)實現最佳結(jie)果(guo)。以人為本(ben)的技術將(jiang)使制造(zao)商能夠提高(gao)質量、生產率(lv)、經濟性(xing)(xing)(xing)和安全性(xing)(xing)(xing)。