工業(ye)5.0 —— 過程制造(zao)業的一場新變革

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作者：Andreas Eschbach，來源：控制(zhi)工程中文版

不(bu)應低估過程制造(zao)(zao)業對當今社會的影響。過程制造(zao)(zao)是一種生(sheng)產方式，通過生(sheng)物技術、制藥(yao)和化學操作中使用(yong)的成分或原材料，利用(yong)配方來(lai)生(sheng)產商品，這與離(li)散制造(zao)(zao)不(bu)同。離(li)散制造(zao)(zao)的特點是不(bu)同的單元生(sheng)產。隨(sui)著認知計算的(de)應(ying)用和更關(guan)注以人為本的(de)需(xu)求(qiu)，工業5.0 將為過程(cheng)制(zhi)(zhi)造業(ye)帶來新的(de)轉型機遇，這將徹底(di)改變化工、制(zhi)(zhi)藥和生物技術(shu)制(zhi)(zhi)造業(ye)。了解這些舉措的(de)意義及其帶來的(de)影響非常重要。

首先，工業5.0 包括人(ren)(ren)(ren)(ren)如何與機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)和(he)智能設備一起工(gong)(gong)(gong)作。例如，班(ban)次間(jian)的(de)(de)溝通(tong)涉及到在制造工(gong)(gong)(gong)廠中(zhong)信息的(de)(de)分享。今天，這主要是人(ren)(ren)(ren)(ren)與人(ren)(ren)(ren)(ren)之間(jian)的(de)(de)交流，但隨著(zhu)工(gong)(gong)(gong)業(ye)5.0 的(de)(de)到來，機器(qi)人(ren)(ren)(ren)(ren)將通(tong)過(guo)利用物(wu)聯網（IoT）和(he)大(da)數據(ju)幫助人(ren)(ren)(ren)(ren)類(lei)更(geng)好(hao)更(geng)快地工(gong)(gong)(gong)作。在以自動化和(he)效率為重的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)業(ye)4.0 中(zhong)，需要更(geng)多地體現人(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)(de)因素。

機器(qi)人經常從事(shi)危險、單調或重體力勞(lao)動，比如在(zai)汽(qi)車(che)工(gong)廠(chang)的焊接或在(zai)倉庫里裝卸重型材料。工(gong)業4.0 為(wei)工(gong)作(zuo)場(chang)所帶來(lai)了(le)更智能、更互聯的(de)機器， 工(gong)業5.0 則更進一(yi)步，將這些認知(zhi)計算能力與協作(zuo)操(cao)作(zuo)中的(de)人類智能相結合。

人性(xing)化的(de)工業(ye)4.0

工業(ye)5.0 中出(chu)現(xian)的(de)(de)所有(you)創新(xin)和智(zhi)能(neng)制造(zao)應(ying)用(yong)，如(ru)計算設計創新(xin)，都是伴隨著物(wu)聯網的(de)(de)發展而出(chu)現(xian)的(de)(de)。在(zai)工(gong)(gong)業4.0 到來之后(hou)，過(guo)程工(gong)(gong)業開始通過(guo)采用(yong)主要(yao)由網絡物(wu)理(li)系統組成的(de)(de)智(zhi)能(neng)應(ying)用(yong)進行轉型，并使應(ying)用(yong)實現(xian)機(ji)器與機(ji)器（M2M）之間的(de)(de)交互(hu)。雖(sui)然這種演(yan)變集中在(zai)傳感(gan)器和數據上，但它(ta)改變了過(guo)程工(gong)(gong)業的(de)(de)生(sheng)產，為大(da)批量生(sheng)產過(guo)程帶來更大(da)的(de)(de)透(tou)明度。

工業4.0 和(he)(he)IIoT 概念并(bing)(bing)非(fei)沒(mei)有(you)局(ju)限，因為它們主要關注于(yu)M2M 自動化，并(bing)(bing)且沒(mei)有(you)意識(shi)到人(ren)為因素是性能(neng)提(ti)升不可(ke)缺(que)少和(he)(he)創(chuang)(chuang)造性的(de)因素。機器只能(neng)執(zhi)行編(bian)程設定的(de)活動，而人(ren)則會帶來創(chuang)(chuang)新(xin)和(he)(he)創(chuang)(chuang)造力(li)。在解(jie)決工廠可(ke)能(neng)出(chu)現的(de)異常(chang)工況時，人(ren)類智慧可(ke)以有(you)更大的(de)潛力(li)，即使在可(ke)能(neng)涉及復雜和(he)(he)危(wei)險(xian)制造過程的(de)情況下，人(ren)也可(ke)以發(fa)揮(hui)作用。

了解(jie)(jie)人類潛能和問題解(jie)(jie)決能力(li)所帶來的價(jia)值的過程(cheng)制造商，將(jiang)在工業5.0 興起時獲得更大的(de)發展機會。將人從等式中移除會導致一些難以解決(jue)的(de)問題。

過程制(zhi)造(zao)業發(fa)展的(de)下一階段

過程制(zhi)造業發展的下一(yi)階段， 是利用IIoT 和人工智能（AI）的(de)機器(qi)輔助人類(lei)概念(nian)（machine-assisted human）。在實驗室和研發領域，AI 已經(jing)在這(zhe)兩(liang)個(ge)(ge)領域發揮了重要作(zuo)用(yong)，并開始通(tong)過強(qiang)大(da)的(de)認知能力來支持工廠車間(jian)過程(cheng)。關鍵(jian)是如何(he)讓數(shu)據對人有用(yong)，這(zhe)樣人和機器(qi)可以作(zuo)為團隊來協調工作(zuo)，構建一個(ge)(ge)更強(qiang)大(da)、更有彈(dan)性的(de)系(xi)統。

AI 系(xi)統的(de)(de)一個(ge)(ge)重要應用，是(shi)可(ke)以(yi)(yi)幫助加(jia)速產品開(kai)發(fa)，例如藥物制造(zao)。AI 可(ke)以(yi)(yi)幫助人提(ti)供(gong)正確(que)的(de)(de)數據，以(yi)(yi)便對從(cong)實驗到(dao)生(sheng)產制造(zao)過(guo)程的(de)(de)各(ge)個(ge)(ge)環(huan)節的(de)(de)數據進(jin)行(xing)(xing)分(fen)析。從(cong)AI 中(zhong)獲(huo)得并交付(fu)給人類進(jin)行(xing)(xing)數據分(fen)析的(de)(de)見解，可(ke)以(yi)(yi)減少制藥所需的(de)(de)時間，并降低成本。

另(ling)一(yi)個例子(zi)是波音的空(kong)中力(li)量協作(zuo)系統，其中AI 控制的(de)(de)無(wu)人(ren)(ren)機(ji)可以(yi)支持載人(ren)(ren)飛機(ji)，從而(er)增(zeng)強了(le)空中軍事任務(wu)實(shi)施的(de)(de)能力(li)。人(ren)(ren)與機(ji)器(qi)協同工作的(de)(de)這(zhe)些(xie)增(zeng)強功(gong)能，描繪了(le)機(ji)器(qi)輔助人(ren)(ren)類(lei)協作的(de)(de)新水(shui)平。

工(gong)業(ye)5.0 將為(wei)技術的(de)(de)速度和(he)準確性與人類的(de)(de)創造性和(he)認知技能相結合提(ti)供支持(chi)。這將產生一個更(geng)強(qiang)大、更(geng)具競(jing)爭力(li)的(de)(de)系統(tong)。共(gong)存為(wei)探索提(ti)供了許(xu)多機會，包括新的(de)(de)、令人興(xing)奮的(de)(de)工作崗(gang)位，因為(wei)人們將擺脫(tuo)枯燥單調的(de)(de)任務，取而代(dai)之的(de)(de)是能夠(gou)利用(yong)其固(gu)有的(de)(de)認知技能，為(wei)工廠帶來更(geng)大的(de)(de)價值。

工業5.0 甚(shen)至可能會(hui)(hui)帶來(lai)新的(de)社會(hui)(hui)契約的(de)發(fa)展和(he)工廠(chang)車間更好的(de)溝通(tong)。除了人與(yu)機器人之間的(de)通(tong)信之外，還(huan)將有(you)更多機會(hui)(hui)以(yi)(yi)更實質性(xing)(xing)的(de)方式(shi)，進(jin)行更多的(de)人與(yu)人之間的(de)協作，激活(huo)信息從而推(tui)動彈性(xing)(xing)、問責制并確(que)保合規性(xing)(xing)。例如，以(yi)(yi)人為主導的(de)行動可以(yi)(yi)更好地應(ying)對不利(li)事件(jian)，或幫(bang)助(zhu)減輕諸(zhu)如疫情等重(zhong)大災(zai)害(hai)的(de)風險(xian)。

 智(zhi)能的(de)工廠過程管理(li) 

出于(yu)上述原因，不應(ying)低(di)估諸如工廠過程管(guan)理（PPM）等概念(nian)。一(yi)個安全(quan)高(gao)效的(de)工(gong)廠最有效的(de)運行(xing)(xing)方(fang)式，應該是(shi)(shi)被由情景信息(xi)驅動的(de)員工(gong)來運行(xing)(xing)，該信息(xi)涉及所有發生的(de)物(wu)理過程(cheng)。工(gong)廠過程(cheng)管理滿足的(de)需(xu)求(qiu)適用于任何(he)類型的(de)工(gong)廠，與部署多少物(wu)聯(lian)網儀表(biao)、機器學(xue)習（ML）或(huo)預測性維護(hu)無關。重要的(de)是(shi)(shi)，允許從(cong)制造(zao)過程(cheng)中的(de)任何(he)人類和(he)機器接觸點(dian)攝取和(he)分析知識。

最(zui)關鍵的(de)(de)(de)是每隔一(yi)段時間(jian)（如(ru)輪(lun)班(ban)或例行檢查(cha)期間(jian)），從參(can)與生產過程(cheng)的(de)(de)(de)所有人員(yuan)那里獲取知識。這些數字化(hua)捕獲的(de)(de)(de)信息，可以(yi)實(shi)時傳遞給(gei)生產過程(cheng)中的(de)(de)(de)所有成員(yuan)。從工(gong)廠車間(jian)到現場經理(li)、實(shi)驗室、值班(ban)經理(li)、工(gong)藝工(gong)程(cheng)師、生產經理(li)，再到組織的(de)(de)(de)高層，整個鏈條上的(de)(de)(de)每個環節都是完全透明的(de)(de)(de)，這意味著可以(yi)實(shi)現更好的(de)(de)(de)決策(ce)。

隨著工(gong)業5.0 在制造環境中(zhong)的(de)(de)應用，我們可以期待看到這(zhe)樣的(de)(de)場(chang)景：在生產工(gong)廠(chang)(chang)中(zhong)，向機器委派更(geng)復(fu)雜的(de)(de)任務(wu)，就像我們現(xian)在說“Alexa，播放(fang)音樂”一樣簡單、自然。很明(ming)顯，人(ren)(ren)(ren)們（而不是(shi)機器人(ren)(ren)(ren)）將繼(ji)續使用工(gong)廠(chang)(chang)過程管理，并(bing)對其制造工(gong)廠(chang)(chang)的(de)(de)表(biao)現(xian)負責。這(zhe)不是(shi)一個(ge)制造商是(shi)否能從(cong)與(yu)機器人(ren)(ren)(ren)協(xie)同工(gong)作的(de)(de)員工(gong)中(zhong)受益的(de)(de)問題，而是(shi)他們如何利用AI 技術，來推(tui)動人(ren)(ren)(ren)機交(jiao)互的(de)(de)最佳結(jie)果。

能(neng)(neng)夠(gou)可持續發展的制造商，將是那些利用技術來(lai)為人(ren)賦能(neng)(neng)，使其能(neng)(neng)夠(gou)利用其天賦和能(neng)(neng)力(li)來(lai)提高生產力(li)的企業。人(ren)們期望工業5.0能提(ti)(ti)供一個(ge)人(ren)與機器成功互(hu)連(lian)的(de)(de)環境(jing)。這將有助(zhu)于(yu)應(ying)對未來制造業的(de)(de)復雜性(xing)(xing)所帶(dai)來的(de)(de)挑(tiao)戰，包括通過優化(hua)的(de)(de)機器人(ren)制造工藝(yi)增加定(ding)制化(hua)，這將需(xu)要高度的(de)(de)合作。這將確保所有工廠職(zhi)能部門的(de)(de)透明度、可靠性(xing)(xing)和可視性(xing)(xing)更(geng)高，以幫助(zhu)團隊(dui)更(geng)好地溝通并實(shi)現最佳結果。以人(ren)為(wei)本的(de)(de)技(ji)術將使制造商能夠(gou)提(ti)(ti)高質量、生產率、經濟(ji)性(xing)(xing)和安全性(xing)(xing)。