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隨著工業(yè)技術(shù)的日益普及 那么，工廠的未來是什么樣的呢? 為了回答這個問題，我們深入研究了制造過程的8個不同步驟，來了解它們是如何開始改變的：產(chǎn)品研發(fā)：平臺是如何使研發(fā)人才“民主化”的;人工智能是如何幫助材料科學(xué)的;以及如何用AR/VR來構(gòu)造草圖的。資源規(guī)劃和采購：按需分散制造和區(qū)塊鏈項(xiàng)目正在研究整合供應(yīng)商的復(fù)雜性。操作技術(shù)：監(jiān)控和機(jī)器數(shù)據(jù)：看看為未來工廠提供動力的IT堆棧和平臺。首先，工廠將會基本數(shù)字化，而且我們還將看到更大的預(yù)測能力。 勞動力增強(qiáng)和管理：AR、可穿戴設(shè)備和外骨骼衣物(exosuits)正在工廠里增強(qiáng)人類的能力。 加工、生產(chǎn)和裝配：模塊化設(shè)備和定制機(jī)器(如3D打印機(jī))使制造商能夠處理更多的多樣化需求。 質(zhì)量保證：計(jì)算機(jī)視覺將如何發(fā)現(xiàn)缺陷，以及軟件和區(qū)塊鏈技術(shù)將如何更快地發(fā)現(xiàn)問題(并實(shí)施召回)。 倉儲：在機(jī)器人技術(shù)和視覺跟蹤的幫助下，在出現(xiàn)無人工廠之間，就會出現(xiàn)“熄燈”倉庫。 制造商預(yù)測，未來5年，整體效率將以1990年以來的7倍的速度增長。盡管制造業(yè)占美國GDP的11.7 %，雇傭了8.5 %的美國人，但它仍然是一個數(shù)字化程度相對較低的領(lǐng)域，這意味著自動化和軟件驅(qū)動方面，還有很大的發(fā)展空間。 隨著新技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)正在發(fā)生重大的變革，幾乎所有制造業(yè)垂直領(lǐng)域——從汽車產(chǎn)業(yè)到電子產(chǎn)業(yè)，再到制藥業(yè)——都會受到影響。時間表和技術(shù)會因行業(yè)而異，但幾乎每個垂直行業(yè)的大多數(shù)步驟都會有所改變。 1、產(chǎn)品研發(fā) 從藥物生產(chǎn)到工業(yè)設(shè)計(jì) 這個設(shè)計(jì)看起來是否正確?這個化合物是否符合我們的需求?都需要進(jìn)行大量的測試和迭代，這是研發(fā)的精髓 雖然研發(fā)科學(xué)家看起來在制造過程中并不重要，但他們在提供最新和最偉大的技術(shù)方面——特別是在高科技制造業(yè)領(lǐng)域——正在扮演者越來越重要的角色 機(jī)器人和3D打印技術(shù)加速垂直領(lǐng)域產(chǎn)品的開發(fā) 3D打印已經(jīng)成為設(shè)計(jì)工作室的主要工作 同樣 使用自動移液管系統(tǒng)和機(jī)器臂，液體處理機(jī)器人可以進(jìn)行高通量的實(shí)驗(yàn)，以更快和更少的人為誤差獲得成功的組合。 下面是用于轉(zhuǎn)移樣本的機(jī)器人基因測試儀Counsyl(左)和Zymergen的移液機(jī)器人(右)，用于自動化微生物培養(yǎng)測試。 “材料工程需要有一種能夠檢測非常小的粒子的能力——比如在300毫米晶片上找到10納米粒子。這相當(dāng)于在西雅圖市找到一只螞蟻?div id="d48novz" class="flower left"> ——奧姆·納拉瑪蘇(Om Nalamasu)，Applied Materials首席技術(shù)官 除了生物技術(shù)之外，材料科學(xué)在計(jì)算和電子學(xué)領(lǐng)域也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。 值得注意的是，英特爾和三星等芯片制造商是全球最大的研發(fā)投入者之一。隨著半導(dǎo)體體積變得越來越小，在納米尺度下工作需要的精度超出了人的能力，這使得機(jī)器人成為首選。 未來，科學(xué)工具將越來越自動化和精確，以處理微尺度精度任務(wù)。 人工智能正在加速材料科學(xué)的發(fā)現(xiàn) 盡管研發(fā)工作的數(shù)字化程度和軟件化程度低于人們的預(yù)期(美國國家科學(xué)院稱，開發(fā)新材料往往是開發(fā)新產(chǎn)品的最長階段)，但愛迪生精神依然存在于今天的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中 簡而言之 當(dāng)然 AR和VR將用于建模過程 目前，各種類型的制造商都依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件進(jìn)行原型設(shè)計(jì) Autodesk的游戲引擎Stingray增加了對HTC Vive和Oculus Rift頭戴設(shè)備的支持。此外 該專利設(shè)想 康奈爾大學(xué)的研究人員最近展示了使用AR / VR繪制3D打印對象的能力 未來，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步研究AR和VR 2、資源規(guī)劃和采購 一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成 例如 我們研究了技術(shù)是如何改進(jìn)這一復(fù)雜的采購流程的。 分散式零件制造 分散式制造可能是一項(xiàng)即將發(fā)生的變化 分布式或分散式制造采用與IT協(xié)調(diào)的地理上分散的設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。零件訂單 區(qū)塊鏈技術(shù)用于資源跟蹤 企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)軟件通過客戶關(guān)系管理(CRM)跟蹤從原材料采購到資源分配的情況 然而 事實(shí)上 當(dāng)涉及到追蹤零件和原材料的來源時 3 據(jù)推測，未來的制造過程最終將看起來像一個巨大的 根據(jù)精益生產(chǎn)指標(biāo)(以整體設(shè)備效率或OEE衡量)，世界一流的制造基地的理論產(chǎn)能達(dá)到85% 在未來20年里 最初 大型產(chǎn)品已經(jīng)演變?yōu)?/span>“按小時計(jì)算的電力”業(yè)務(wù)模式，可確保正常運(yùn)行時間 如果不對每一步進(jìn)行數(shù)字化處理 然而 從基本數(shù)字化到預(yù)測 對于制造商來說，OT堆棧通常包括： 連接的制造設(shè)備(通常配備改裝后的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器) 監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)和人機(jī)界面(HMI) 可編程的邏輯控制器(PLC) 3D打印機(jī)(增材制造)和數(shù)控銑削的機(jī)器 從某種意義上說，IT和OT是同一個技術(shù)堆棧token的兩個方面 但是，將便宜的物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用于一切對象上并不是萬能的，而且完全有可能通過更少數(shù)量的更專業(yè)、更精確的物聯(lián)網(wǎng)傳感器創(chuàng)造更多價值。舉例來說，Augury使用配備人工智能的傳感器來監(jiān)聽機(jī)器并預(yù)測故障。 具有成本意識的工廠業(yè)主將認(rèn)識到，高度精確的傳感器，將比不必要的物聯(lián)網(wǎng)提供更高的投資回報率。 邊緣的新架構(gòu) 計(jì)算在“邊緣”完成，或者更接近傳感器，是IIoT體系結(jié)構(gòu)中的一種新趨勢。 在未來工廠中，連接的機(jī)器應(yīng)該沒有什么不同 在不久的將來，人工智能和硬件的進(jìn)步將允許物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)立存在 此外，云計(jì)算延遲在制造業(yè)方面有很大的不利因素 從長遠(yuǎn)來看，邊緣計(jì)算為自動化工廠鋪平了道路 總而言之，在網(wǎng)絡(luò)邊緣利用更多計(jì)算的設(shè)備將迎來新的分散式工廠設(shè)備浪潮 網(wǎng)絡(luò)安全是重中之重 IIoT的一個悖論是 網(wǎng)絡(luò)攻擊可能對重工業(yè)造成毀滅性影響 同樣，添加連接的物聯(lián)網(wǎng)對象和工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)傳感器已經(jīng)在端點(diǎn)處引發(fā)了新的漏洞。 此外，一些最活躍的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全投資者是對OT計(jì)算感興趣的企業(yè)。戴爾(其中包括工業(yè)IoT網(wǎng)關(guān))以及谷歌、通用、三星和英特爾等都是這一領(lǐng)域最活躍的。 安全地管理ICS和IIoT系統(tǒng)將繼續(xù)成為一個關(guān)鍵的投資領(lǐng)域，特別是黑客攻擊證明了OT的脆弱性之后。 4、勞動力增強(qiáng)和管理 制造業(yè)看起來在短時間內(nèi)發(fā)生了急劇的變化。正如一位退休的西門子高級管理人員最近所說：“車間對員工的技能要求更高了?div id="4qifd00" class="flower right"> 但更好的數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在提高工人的效率。以下是AR，可穿戴設(shè)備以及外骨骼衣物等新興技術(shù)是如何適應(yīng)這一趨勢的。 AR和移動技術(shù)正在將操作手冊數(shù)字化 AR將能夠很快地提高工人的技能。 除了可以傳遞工廠性能指標(biāo)和分配工作的免提“瀏覽器”之外，AR還可以分析復(fù)雜的機(jī)器環(huán)境并使用計(jì)算機(jī)視覺來繪制機(jī)器的零件，如實(shí)時視覺手冊。這使得諸如現(xiàn)場服務(wù)之類的高技能勞動力成為一種“可下載的”技能(以一種與The Matrix無異的方式)。 外骨骼和安全技術(shù)將成為骯臟和危險工作的標(biāo)配 人類仍然需要做一些骯臟和危險的工作，可穿戴設(shè)備和外骨骼將增強(qiáng)人類的工作能力，同時也會提高安全性。 5、加工、生產(chǎn)和裝配 自動化首先會出現(xiàn)骯臟、枯燥和危險的工作場景中。 大規(guī)模生產(chǎn)流水線中的許多人類工作已經(jīng)被自動化了。像工業(yè)機(jī)器人和3D打印這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在現(xiàn)代工廠中越來越普遍。機(jī)器人變得更便宜、更準(zhǔn)確 消費(fèi)者的需求也在變化，制造商正試圖跟上日益增長的定制化和多樣化的需求。 工業(yè)4.0的愿景中，有完全智能的工廠，其中聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器和產(chǎn)品通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行通信，不僅僅是制造原型和組裝一系列特定的產(chǎn)品，還會基于消費(fèi)者反饋和預(yù)測信息對這些產(chǎn)品進(jìn)行迭代。 在我們進(jìn)入一個人類基本上與制造業(yè)無關(guān)的世界之前，模塊化設(shè)計(jì)可以幫助現(xiàn)有工廠變得更加靈活。 模塊化使得工廠可以更加流線化地進(jìn)行定制，而不是像傳統(tǒng)的流水線一樣。模塊化可以以更小的部件或模塊的形式出現(xiàn)，來生產(chǎn)個性化更強(qiáng)的產(chǎn)品。它也可能是設(shè)備，比如可以在機(jī)器人和機(jī)器上使用可交換的終端效應(yīng)器，從而可以進(jìn)行更多種類產(chǎn)品的加工。 目前，大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)在為滿足消費(fèi)者對更大定制化和多樣化的需求而進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。波士頓咨詢調(diào)查顯示，90%的汽車制造商表示，預(yù)計(jì)到2030年，將裝配模塊化生產(chǎn)線。模塊化設(shè)備將允許更多的模型從相同的生產(chǎn)線中脫離出去。 機(jī)器人將單一化的工作自動化 工業(yè)機(jī)器人的采用導(dǎo)致了制造業(yè)工作崗位的減少，制造業(yè)工作崗位數(shù)十年來一直在下降。正如美國美林銀行的一份報告所解釋的:“機(jī)器人增多，人類減少。” 但最新的機(jī)器人技術(shù)浪潮，似乎正在幫助人類工人更好地完成工作。 協(xié)作機(jī)器人可通過輔助運(yùn)動來進(jìn)行編程。首先，它們復(fù)制人們的手工向前移動來“學(xué)習(xí)”。這些機(jī)器人被認(rèn)為是用于協(xié)作的 哪怕是最好的機(jī)器人仍然存在局限性 由于世界范圍內(nèi)的勞動力成本上升 就單一化的工作來說，比如包裝 3D打印 對于某些大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品 通過使用3D打印制造的零部件，通用電氣制造的發(fā)動機(jī)所需的燃料比以前的設(shè)計(jì)少了15%。通用電氣表示，它將在2018年開始對這些發(fā)動機(jī)進(jìn)行潛在的飛行測試。 隨著大規(guī)模定制在某些消費(fèi)產(chǎn)品中興起，制造商將越來越多地轉(zhuǎn)向3D打印。 6、質(zhì)量保證 隨著工廠數(shù)字化，質(zhì)量保證將越來越多地嵌入到組織的代碼庫中。機(jī)器學(xué)習(xí)支持的數(shù)據(jù)平臺，如Fero，Sight Machine和Uptake等，將能夠?qū)⒕嫔a(chǎn)原理編入系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作中。 計(jì)算機(jī)視覺和區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，并提供了一些令人信服的替代方法來追蹤生產(chǎn)質(zhì)量。 計(jì)算機(jī)視覺 在大規(guī)模生產(chǎn)中，檢查每個產(chǎn)品是否符合規(guī)格要求是一項(xiàng)非?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？菰锏墓ぷ?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，而且還會受到人為錯誤的限制。相比之下 電子學(xué)中，有許多瑕疵甚至對人眼都看不到 區(qū)塊鏈將有助于召回 2017年8月 隨著其他9家大型食品供應(yīng)商加入IBM項(xiàng)目，食品行業(yè)在這種罕見的合作中也可以更好地實(shí)現(xiàn)安全召回 同樣 7 “熄燈”倉庫可能比“熄燈”工廠來得更快 隨著電子商務(wù)的興起，對倉庫空間的需求出現(xiàn)了爆炸式的增長 倉儲機(jī)器人 以制造商和硬件為重點(diǎn)的投資者將繼續(xù)尋找下一個比現(xiàn)狀要好10倍的機(jī)器人制造商。而更便宜和更靈活的機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)性可能意味著，這一自動化和數(shù)字化浪潮被稱為“工業(yè)4.0”，就像第四次工業(yè)革命一樣。
，規(guī)劃階段對于大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要。在各行各業(yè)，設(shè)計(jì)師、化學(xué)家和工程師都在不斷地進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。
。大規(guī)模生產(chǎn)的特征使得最后時刻的重新設(shè)計(jì)的成本很高。
。
。在訂購成千上萬個物理部件之前，設(shè)計(jì)人員可以通過3D打印來查看未來產(chǎn)品的外觀。
，機(jī)器人技術(shù)可以自動化各種垂直方向上試錯的物理過程。
！?/span>?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？茖W(xué)方法更好地數(shù)字化，對于開發(fā)新產(chǎn)品和材料，然后大規(guī)模制造這些產(chǎn)品和材料至關(guān)重要。
，各行各業(yè)的制造商——工業(yè)生物技術(shù)、藥物、汽車、電子或其他物質(zhì)產(chǎn)品——都依靠機(jī)器人自動化和3D打印來保持競爭力。
，未來的制造商將依靠智能軟件來推動他們的研發(fā)過程。
。在未來的制造過程中，AR和VR可以在研發(fā)中發(fā)揮更大的作用，并且可以有效地將工業(yè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)圖以“實(shí)體”的方式展示出來，從而消除對3D打印物理模型的需求。
，游戲和VR引擎制造商Unity已宣布與Autodesk建立合作關(guān)系，以提高互操作性。
，通過“半透明眼鏡”使用AR，但也提到“配備攝像頭的移動設(shè)備”，暗示了在iPhone上使用ARKit的潛在3D打印機(jī)會。
。最終，人機(jī)界面可以無縫銜接，實(shí)時“雕刻”3D模型。
，并測試它是如何與3D打印以及傳統(tǒng)原型堆棧相結(jié)合的。
，下一步就是生產(chǎn)了。通常情況下，這需要收集零部件供應(yīng)商、基礎(chǔ)材料制造商和合同制造商的信息，并建立網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。但尋找供應(yīng)商并獲得信任是一個艱難且耗時的過程。
，真空吸塵器制造商戴森( Dyson )花了長達(dá)兩年的時間為其在汽車業(yè)的新業(yè)務(wù)尋找供應(yīng)商?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！盁o論你是戴森還是豐田，制造汽車前燈都需要18個月的時間，”一名參與該項(xiàng)目的員工說。
，可以幫助制造商處理對零件訂單的需求。
，尤其是用于制造中型或小型產(chǎn)品(如3D打印零件)的訂單，可以通過分布式制造平臺按比例完成。
。
，一個制造企業(yè)可能會有很多不同的ERP系統(tǒng)和孤立的數(shù)據(jù)，具有諷刺意味的是，意在簡化事務(wù)的ERP“堆?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！保部赡軙兂梢粓F(tuán)亂七八糟的軟件。
，普華永道最近的一份報告發(fā)現(xiàn)，許多大型工業(yè)制造商擁有多達(dá)100個不同的ERP系統(tǒng)。
，區(qū)塊鏈可以對這些零件和材料流入工廠的情況進(jìn)行管理。在區(qū)塊鏈中，隨著產(chǎn)品在從制造到銷售的整個供應(yīng)鏈中轉(zhuǎn)換，這些交易數(shù)據(jù)可以記錄在永久分散的記錄中——從而減少時間延遲、成本和人為錯誤。
、操作技術(shù)：監(jiān)控和機(jī)器數(shù)據(jù)
、自我維持的網(wǎng)絡(luò)物理有機(jī)體 ，只需要間歇性的人工干預(yù)。但在各個行業(yè)要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) ，還有很長的路要走 。
。但工廠平均只有大約60% ，這意味著在活動簡化方面有很大的改進(jìn)空間。
，工業(yè)4.0的成熟首先需要基本的數(shù)字化 。
，我們將看到機(jī)器變得更加數(shù)字化友好。之后 ，數(shù)字化可以轉(zhuǎn)化為預(yù)測性維護(hù)和真實(shí)預(yù)測性智能 。
。按小時供電(或基于性能的合同)現(xiàn)在在制造業(yè)中相當(dāng)普遍 ，尤其是在半導(dǎo)體、航空航天和國防等關(guān)鍵任務(wù)領(lǐng)域。
，效率就會被留在紙上。
，現(xiàn)在工廠車間里通常留有幾十年的舊機(jī)器。除了顯著的成本之外，跟蹤溫度和振動的傳感器并不是在考慮傳統(tǒng)機(jī)器的情況下制造的，也會延長了校準(zhǔn)周期和功效。
，為運(yùn)營分析人員提供工業(yè)監(jiān)控
，這是在工廠機(jī)器上抓取數(shù)據(jù)的加固型計(jì)算機(jī)
，而且隨著制造業(yè)得到更好的數(shù)字化，邊界將繼續(xù)模糊。
。
，因?yàn)槲覀冎浪鼛缀跖c集中式的云無關(guān) 。
。任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)(如連接的工廠)無法承受將數(shù)據(jù)包發(fā)送到離線云數(shù)據(jù)庫的延遲 。
。支撐邊緣計(jì)算的人工智能軟件將是允許工廠機(jī)器進(jìn)行獨(dú)立決策的基礎(chǔ)設(shè)施 。
。
，工廠承擔(dān)著重大的下行風(fēng)險，但幾乎沒有投資于安全防護(hù)上：最近一項(xiàng)調(diào)查中顯示 ，28%的制造商表示 ，過去一年由于網(wǎng)絡(luò)安全攻擊導(dǎo)致收入損失，但只有30%的高管表示他們會增加技術(shù)方面的支出 。
，在重工業(yè)中，網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)可能會受到影響 。WannaCry勒索軟件襲擊導(dǎo)致歐洲雷諾日產(chǎn)汽車工廠關(guān)閉！?/span>
。2014年，一次復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致德國鋼鐵廠發(fā)生物理損壞。
，F(xiàn)在，西門子基本上沒有高中畢業(yè)生能做的工作了?div id="4qifd00" class="flower right"> 、更安全、更普遍。
，因?yàn)樗鼈兛梢院腿祟愐黄鸸ぷ鳌?/span>
，但經(jīng)濟(jì)學(xué)家擔(dān)心自動化最終會導(dǎo)致勞動力大規(guī)模重組。
，機(jī)器人技術(shù)正在引發(fā)新一輪的回流——制造業(yè)回歸美國。
、分揀、重復(fù)提升等，機(jī)器人變得非常有價值。協(xié)作機(jī)器人制造商Universal Robots表示，工廠采用它的一些機(jī)器人手臂，平均在195天內(nèi)就能回本?div id="jfovm50" class="index-wrap">？傮w而言，平均一個協(xié)同機(jī)器人售價為24000美元。
，3D打印的運(yùn)用，或許不會顛覆注塑成型的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。但對于較小規(guī)模的生產(chǎn)，使用3D打印是有意義的。
，未來的工廠會使用機(jī)器視覺來掃描人眼可能忽略的瑕疵。
。能夠即時識別和分類缺陷將使質(zhì)量控制自動化，會使工廠更具競爭力。
，沃爾瑪，?Kroger，雀巢和聯(lián)合利華等與IBM合作，通過加強(qiáng)供應(yīng)鏈跟蹤，利用區(qū)塊鏈來改善食品安全。沃爾瑪自2016年以來一直與IBM合作，并表示區(qū)塊鏈技術(shù)有助于將追蹤芒果的出貨時間從7天縮短至2.2秒。
。
，使用區(qū)塊鏈或分布式分類賬的工廠在召回時可以更好地定位。在加工食品或汽車的工廠中，單一的召回管理系統(tǒng)可以更迅速地找出故障零件或污染批次的來源，從而更有效地挽救生命和金錢。
、倉儲
。
。去年，倉庫平均高度與2001年相比增長了21%，2017年10月，新倉庫建設(shè)支出達(dá)到高峰，達(dá)到了23億美元。
，在短期內(nèi) ，我們將看到更多的機(jī)器人和人類一起工作。
