智能制造的理想終局：

工 業 4.0

第四次工業革命正快速影響著制造業處理工作中重大挑戰的方式，例如用工短缺，供應鏈管理和作業安全。

長期以來，疫情影響著各行各業，將繁多的機遇與挑戰呈現在我們面前。盡管全球經濟逐漸復蘇，商品的流通也明顯反彈，制造業用工荒仍在持續。由此產生的可觀的工業自動化需求，將工業機器人的交付周期從疫情前的六個月拉長到了一年。

在這樣動態的環境下，更多的制造業者開始思考如何有效的改善原材料的供應以確保市場需求得到滿足，同時保持原料成本和質量的可控。為此，大量工業4.0(Industry4.0或I4.0)的解決方案得得以在疫情期間加速推進，例如：

3D打印技術

高級機器人

可穿戴設備、增強現實和虛擬現實技術

物聯網技術(IoT)

人工智能技術

工業4.0，指的是在制造業中應用大量的自動化和上述前沿技術，以支持決策，同時提升生產力的制造業技術發展趨勢。本文將著重展示該技術革命中的前沿發展現狀，以及制造業者們如何利用這些技術以應對日常工作中的重大挑戰。

技術發展是工業4.0革命的核心動力

首先，本文將為您展示工業4.0的關鍵發展，尤其是跨平臺、跨應用場景的技術發展及其對制造業的啟示。

最初，3D打印主要應用于原型設備的制造和小批量的定制生產，并逐漸將其應用場景拓展到大批量的生產制造。因此，3D打印批量生產的速度更快，同時其所需物料的價格正在降低。

近期一項對于定制生產中心的調查結果顯示，相比2020年，73%的機械制造公司在2021年生產或采購了更多的3D打印零部件。盡管現今3D打印對整體制造產量的貢獻仍不足0.1%，這項技術的應用場景和對定制化生產的需求在未來仍將持續增加。該調查結果還顯示，3D打印市場將以17%的平均年增長率持續擴張，并有望在2026年形成一個372億美元的市場。

由于新冠疫情帶來的供應鏈阻隔，相當數量的企業轉向了3D打印技術以緩解緊繃的產能和工時。在醫療和健康領域，每當傳統機械無法滿足爆炸增長的需求時，3D打印技術常被應用于打印緊急的醫療零部件和定制化的產品，諸如口罩，新冠拭子和呼吸機零部件。例如在新冠爆發的初期，意大利一家3D打印初創公司Isinnova研發出了關鍵的呼吸機替換閥門；在2020年4月，來自美國的3D打印公司Carbon可每周生產百萬個以上的新冠鼻拭子。

快速原型生產和3D打印在生產領域的另一項主要應用則是激光。這項技術通常被用于高速焊接領域。賓州州立大學的TimothyW.Simpson教授表示：“制造商之間的‘激光戰爭’已經打響，這也將給3D打印技術帶來全新的想象空間。”

隨著人工智能和機器學習的發展與滲透，3D打印機也將在未來持續的迭代進化。隨著這項技術的生產提速和質量提升，它和傳統制造技術的分庭抗禮的時間點也在不斷臨近。而目前，工程師們正在不斷地降低金屬粉末的生產成本，從而讓3D打印技術變得更具有成本優勢。

在新冠疫情的不斷催化作用下，高級機器人在制造業中的比重在穩步提升。一份國際機器人聯盟的報告顯示，在2021年，全球的每10000名制造業從業者中的工業機器人密度達到了126臺，為歷史新高。而這一指標在2015年時僅為66臺。其中，工業互聯網的和信息化系統的發展和整合進一步發掘了機器人的潛力，并為我們設想的協同機器人系統（Co-Bots）鋪平了道路。

而在這個過程中，不得不提到新冠疫情帶來的各種挑戰在2021年底起到的推動作用。尤以短期需求波動、斷續和不可預測的用工荒、防疫措施帶來的作業場所限制和加速變化的終端需求為甚。國際機器人聯盟預測直到2024年，工業機器人市場的年復合增長率將達到5%.

與此同時，機器人系統的整合成本在持續地下降，這也讓中小企業在人工成本增長的環境中實施機器人方案成為了可能。一份ARK Investment Management的報告顯示，到2025年，工業機器人的單位成本將下降50%至60%。這主要歸功于物料和技術成本的下降、工業物聯網和云端基礎設施的改進和機器人系統整合成本的降低。