李曉紅 祁萌

（北方科技信息研究所，北京，100089）

0 引言

2016年，世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）啟動(dòng)“塑造制造業(yè)未來”項(xiàng)目研究，旨在理解制造業(yè)系統(tǒng)將如何在新一輪工業(yè)革命中發(fā)展演變。項(xiàng)目由來自12個(gè)國(guó)家的大型企業(yè)、領(lǐng)先研究機(jī)構(gòu)和非政府組織參與，具體研究工作由科爾尼咨詢公司開展。

該項(xiàng)目選取對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)具有重要影響的60余項(xiàng)技術(shù)，采用技術(shù)預(yù)見方法，設(shè)定4類2030年前制造業(yè)的發(fā)展情景，通過文獻(xiàn)檢索、采訪、研討等方式，最終確定5項(xiàng)可塑造未來制造業(yè)發(fā)展的顛覆性技術(shù)。 2017年5月，世界經(jīng)濟(jì)論壇和科爾尼咨詢公司聯(lián)合發(fā)布《面向未來生產(chǎn)的技術(shù)與創(chuàng)新：加速價(jià)值創(chuàng)造》白皮書，對(duì)上述5項(xiàng)顛覆性技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、未來實(shí)施障礙、對(duì)制造業(yè)的影響，以及這些技術(shù)融合發(fā)展對(duì)全球生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合性影響等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 5 項(xiàng)顛覆性技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)，由嵌入傳感器的物理設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和其他可采集、傳遞數(shù)據(jù)的設(shè)備構(gòu)成，被稱為變革性技術(shù)。但實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)始于十幾年前、漸進(jìn)式發(fā)展的技術(shù)。過去10多年，社會(huì)在傳感技術(shù)成本直線下降、計(jì)算能力提升、云平臺(tái)數(shù)據(jù)交互能力提升、機(jī)器通信能力提升等的聯(lián)合作用下，推動(dòng)相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)技術(shù)（側(cè)重于信息技術(shù)）、運(yùn)營(yíng)技術(shù)（Operation Technology, OT）、自動(dòng)化技術(shù)的不斷融合，最終構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)。圖1展示了幾十年來相關(guān)技術(shù)融合發(fā)展歷程。

目前，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)正在持續(xù)發(fā)展，多個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)公司正在面向多個(gè)工業(yè)部門研究構(gòu)建具有競(jìng)爭(zhēng)力的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

圖1 信息技術(shù)與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)技術(shù)的融合發(fā)展歷程

1.1.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

研究者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變革生產(chǎn)方面的潛力，認(rèn)為其不僅能變革車間的運(yùn)行方式，還能實(shí)現(xiàn)跨供應(yīng)鏈的端到端實(shí)時(shí)可見，以及開發(fā)滿足客戶需求的新產(chǎn)品和新服務(wù)。預(yù)計(jì)到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域的投入將從目前的35億美元提高到71億美元，重點(diǎn)投資領(lǐng)域包括：資產(chǎn)跟蹤、基于狀態(tài)的維護(hù)和機(jī)器人處理。目前，北美地區(qū)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，但預(yù)計(jì)到2020年亞太地區(qū)將占據(jù)更大的市場(chǎng)份額（預(yù)計(jì)超過250萬億）。

物聯(lián)網(wǎng)在目前生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用突出體現(xiàn)在3方面：

一是企業(yè)智能化控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠使企業(yè)范圍內(nèi)的智能互聯(lián)設(shè)備和智能互聯(lián)制造資源實(shí)現(xiàn)更加緊密集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)更加靈活、高效、低成本的生產(chǎn)。目前來看，企業(yè)智能化控制還是一個(gè)中遠(yuǎn)期目標(biāo)，實(shí)施比較復(fù)雜，需要建立新的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)的高度融合。

二是資產(chǎn)性能管理。通過部署低成本的無線傳感器、便捷的云平臺(tái)互聯(lián)和數(shù)據(jù)分析來提升資產(chǎn)性能。這些工具可以非常便利地從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成可實(shí)時(shí)操作的信息，預(yù)期成果將更好的支持業(yè)務(wù)決策。

三是增強(qiáng)操作人員能力。未來的操作工人通過使用移動(dòng)設(shè)備、數(shù)據(jù)分析設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提高生產(chǎn)能力。隨著技能工人的退休數(shù)量不斷增多，一些需要?jiǎng)趧?dòng)力的崗位擁有的高技能工人越來越少，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，更年輕的工人可以通過熟悉的方式，實(shí)時(shí)獲取其所需信息。

1.1.2 未來實(shí)施面臨的障礙

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于發(fā)展初期，85%的潛在制造設(shè)施還沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更廣泛使用，政府和工業(yè)企業(yè)還需要克服諸多障礙，尤其要制訂物聯(lián)網(wǎng)及其網(wǎng)絡(luò)安全方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)的產(chǎn)品、設(shè)備和各類資產(chǎn)能夠以一種透明方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互尤為重要。標(biāo)準(zhǔn)超越了簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，包括創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)語義和結(jié)構(gòu)，以使智能機(jī)器能夠相互發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行互操作。此外，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)必不可少，其不僅確保單個(gè)設(shè)施安全還能保障更大系統(tǒng)或超系統(tǒng)的安全。

1.2 人工智能

驅(qū)動(dòng)互聯(lián)經(jīng)濟(jì)的解析機(jī)（analytical engine）正在從剛性、基于規(guī)則的算法向柔性、智能算法轉(zhuǎn)變。這些算法利用適當(dāng)?shù)挠?xùn)練數(shù)據(jù)，不斷的自我學(xué)習(xí)和演化。由此，機(jī)器也不再僅僅是簡(jiǎn)單的回答人類提出的問題，還可以指導(dǎo)人類提出更有價(jià)值的問題，然后機(jī)器更快速地提供更有見地的答案。

人工智能、機(jī)器智能將對(duì)公司、供應(yīng)鏈以及生產(chǎn)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，還可能會(huì)對(duì)社會(huì)、職業(yè)、財(cái)富分配和資源可持續(xù)性等方面產(chǎn)生根本性的影響。大多數(shù)的技術(shù)公司正在通過加速并購(gòu)等方式使用人工智能解決方案，提升其產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量。

人工智能目前已在多個(gè)認(rèn)知應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)能力突破，從圖像分類到模式識(shí)別、本體推理(ontological reasoning)等（如圖2所示）。這一進(jìn)步很大程度上取決于計(jì)算能力、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)算法這3方面。自動(dòng)化的圖像分類和識(shí)別技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得很大進(jìn)步，其識(shí)別精度從85%提高到95%（人類的圖像識(shí)別精度平均在93%），通過專業(yè)的圖像處理單元芯片進(jìn)行圖像分類和識(shí)別，與前一代技術(shù)相比，處理速度提高1000倍以上，圖像復(fù)雜程度（基于150～200層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）提高5～10倍，計(jì)算和存儲(chǔ)成本與去年同比下降35%。

圖2 人工智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來預(yù)測(cè)

1.2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能作為服務(wù)平臺(tái)興起，使得企業(yè)在零邊際成本設(shè)定下更多地使用認(rèn)知解決方案、重塑行業(yè)動(dòng)態(tài)。雖然很難預(yù)計(jì)未來10～15年人工智能的應(yīng)用路徑，但其總體影響很容易預(yù)測(cè)，人工智能技術(shù)將創(chuàng)建和改變不同領(lǐng)域的價(jià)值主張，主要表現(xiàn)為：①公司將通過人工智能技術(shù)來實(shí)時(shí)處理客戶的個(gè)人喜好，進(jìn)而能夠快速定制個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)；②客戶也逐漸對(duì)商標(biāo)沒有概念，更愿意為個(gè)性化產(chǎn)品買單；③組織的層級(jí)結(jié)構(gòu)也變得更加有效；④大型跨國(guó)公司和機(jī)構(gòu)將使用人工智能技術(shù)快速評(píng)估、預(yù)測(cè)并仿真各種決策。

目前，企業(yè)正快速向人工智能邁進(jìn)，圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行研發(fā)投資。研究采用先進(jìn)分析技術(shù)進(jìn)行資產(chǎn)性能管理和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化，人工智能正在改進(jìn)汽車行業(yè)的安全性和可達(dá)性，通過使用智能調(diào)度軟件，使生產(chǎn)過程具有實(shí)時(shí)可見性。人工智能系統(tǒng)正在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)更高級(jí)別的優(yōu)化，如預(yù)測(cè)性維護(hù)、改進(jìn)質(zhì)量管理等。

1.2.2 未來實(shí)施面臨的障礙

人工智能受倫理道德、法律法規(guī)和經(jīng)濟(jì)等因素的限制，沒能成為主流技術(shù)。此外，網(wǎng)絡(luò)信息安全也是采用人工智能需要考慮的另一個(gè)關(guān)鍵問題。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用而言，網(wǎng)絡(luò)信息安全需要與人工智能同步發(fā)展，以應(yīng)對(duì)工業(yè)應(yīng)用中不可避免的薄弱環(huán)節(jié)。

1.3 先進(jìn)機(jī)器人

在推動(dòng)新一輪工業(yè)革命發(fā)展的眾多數(shù)字化技術(shù)中，先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出其能顯著改變整個(gè)價(jià)值鏈的重要作用。據(jù)估計(jì)，當(dāng)前在全球生產(chǎn)系統(tǒng)中運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人達(dá)180萬臺(tái)，工業(yè)機(jī)器人在全球市場(chǎng)份額可達(dá)近35億美元。機(jī)器人功能在不斷增加的同時(shí)，成本在持續(xù)降低（近10年來下降了約25%），這樣使得小型工廠也能通過引進(jìn)機(jī)器人來提高生產(chǎn)力。機(jī)器人的柔性和智能化水平促進(jìn)其在食品飲料、生活消費(fèi)品、制藥等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中不斷推廣應(yīng)用，而電子領(lǐng)域也成為目前機(jī)器人銷售份額持續(xù)增加的重要推動(dòng)力。

然而，任何特定技術(shù)所產(chǎn)生的影響并不能僅僅通過“使用”這一維度來衡量，還需要在促進(jìn)創(chuàng)新和建立相關(guān)適合的標(biāo)準(zhǔn)之間相互平衡，以確保機(jī)器人技術(shù)能夠持續(xù)發(fā)展，提供更廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是能實(shí)現(xiàn)協(xié)同、自我感知、自動(dòng)控制、敏捷以及能展現(xiàn)出一些類人特征等（如圖3所示）。最終愿景是能夠“解放”機(jī)器人，使其能夠從傳統(tǒng)上出于安全考慮人機(jī)分離的工作模式發(fā)展為人機(jī)協(xié)同的工作模式。采用更為先進(jìn)的視覺系統(tǒng)使機(jī)器人具備更好的自我感知能力，在自動(dòng)化、協(xié)同的工作環(huán)境中安全性更高。改進(jìn)的機(jī)械手抓取技術(shù)將更接近人手功能，可極大提高機(jī)器人末端執(zhí)行器的功能。此外，經(jīng)增強(qiáng)的機(jī)器學(xué)習(xí)功能直接影響人工智能水平，可實(shí)現(xiàn)更好的制造過程。

圖3 數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)境中先進(jìn)機(jī)器人的主要能力

在生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用中，搬運(yùn)操作機(jī)器人無論是從單元安裝數(shù)量（2014年約68萬臺(tái)）還是年增長(zhǎng)率（2010～2014復(fù)合年增長(zhǎng)率為11%）來看，都是整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)品中最高的，其中包裝、拾放等機(jī)器人是搬運(yùn)操作的主要應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人的第二大應(yīng)用領(lǐng)域是焊接，主要汽車制造廠商（中國(guó)、日本和美國(guó)）推動(dòng)其發(fā)展。此外，由于電子元器件/電子產(chǎn)品越來越趨于小型化，并且對(duì)加工質(zhì)量的要求越來越高，其裝配也成為另一個(gè)高速發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域。

與機(jī)器人應(yīng)用有關(guān)的話題都不可避免的會(huì)涉及到未來勞動(dòng)力問題。在生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人的主要原因之一是隨著機(jī)器人功能的不斷提升，其越來越能滿足一些枯燥的、環(huán)境惡劣的以及一些危險(xiǎn)作業(yè)的要求。此外，其他一些驅(qū)動(dòng)因素也不斷克服著推動(dòng)先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)實(shí)施應(yīng)用面臨的障礙，將工人從枯燥、環(huán)境惡劣以及一些危險(xiǎn)作業(yè)任務(wù)中解放出來，創(chuàng)造出更為安全的工作環(huán)境，從而可安排工人到車間中完成一些更高價(jià)值的工作任務(wù)。在整個(gè)供應(yīng)鏈中，機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展能夠帶來非凡的效率，這對(duì)于保持和提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)具有重要作用。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，機(jī)器人所帶來的其他效益還包括在互聯(lián)的、同步的供應(yīng)鏈中，提高應(yīng)對(duì)消費(fèi)需求的轉(zhuǎn)變能力，并可實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)”。此外，人們觀念正逐步轉(zhuǎn)變，機(jī)器人的應(yīng)用正從大型制造廠向著更能滿足需求、相對(duì)小型化、地方化的制造工廠發(fā)展。

1.3.1 未來實(shí)施面臨的障礙

目前廣泛采用機(jī)器人主要存在三方面的障礙：技術(shù)壁壘、實(shí)施應(yīng)用成本高和人才短缺。機(jī)器人技術(shù)還有很大發(fā)展空間，特別是在開放環(huán)境下，視覺和機(jī)械手抓取技術(shù)等尚需改進(jìn)。有些企業(yè)對(duì)尚未成熟、仍處于快速發(fā)展期的技術(shù)持有謹(jǐn)慎態(tài)度或根本不敢應(yīng)用該技術(shù)，因?yàn)檫@會(huì)直接影響到投資決策。高投資成本會(huì)阻礙許多新興的中小企業(yè)應(yīng)用機(jī)器人解決方案。到2025年，點(diǎn)焊機(jī)器人的平均成本預(yù)計(jì)將降低22%，并且機(jī)器人作為一種服務(wù)形式也逐漸顯現(xiàn)；然而，為了能夠降低機(jī)器人成本，也需要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和實(shí)施應(yīng)用方面進(jìn)行改進(jìn)。此外，在勞動(dòng)力水平方面，機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展將超過現(xiàn)有人員技術(shù)水平。許多情況下，由于缺乏相關(guān)培訓(xùn)以及人員所需技能短缺也對(duì)成功實(shí)施應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)帶來很大障礙，人對(duì)應(yīng)用機(jī)器人的接受度以及人機(jī)協(xié)同的允許度也將成為其發(fā)展面臨的障礙。

此外，還有若干使能因素也影響著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，這些因素包括政府的刺激和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定等。

1.4 可穿戴技術(shù)

可穿載技術(shù)代表著最新的技術(shù)潮流，其包括可穿載式設(shè)備，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等創(chuàng)新技術(shù)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為當(dāng)前主流的可穿載技術(shù)，已成為繼計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)之后的又一個(gè)計(jì)算平臺(tái)。在某些生產(chǎn)領(lǐng)域，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠更充分的發(fā)掘和利用人們自身的能力/潛力。

這些技術(shù)從根本上轉(zhuǎn)變了信息傳遞給用戶的方式，提供了快速接觸到重要數(shù)據(jù)的途徑?？纱┐髟O(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備在質(zhì)量檢測(cè)、作業(yè)指導(dǎo)、培訓(xùn)、工作流程管理、運(yùn)行和安全、后勤和維護(hù)等方面展現(xiàn)出很大的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前，可穿戴式外骨骼、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等領(lǐng)域的制造商正準(zhǔn)備加速推廣應(yīng)用相關(guān)可穿戴技術(shù)，或積極探索有效實(shí)施應(yīng)用這些技術(shù)的相關(guān)方法。早期的應(yīng)用者正在擴(kuò)展其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范疇，包括建筑、汽車、后勤、航空航天、工業(yè)裝備、采礦、石油和燃?xì)獾取?/p>

1.4.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

可穿戴技術(shù)可為生產(chǎn)過程中的多個(gè)方面帶來有益價(jià)值（如圖4所示）：可提高產(chǎn)品產(chǎn)量，且由于產(chǎn)品質(zhì)量一致性的提高可進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力；能減少安全事故的發(fā)生，這一點(diǎn)尤為重要；通過減少停工時(shí)間、制造缺陷和浪費(fèi)可減少質(zhì)量變異，同時(shí)縮短交付周期；可提升設(shè)計(jì)能力，縮短產(chǎn)品交付周期并降低研發(fā)成本，同時(shí)提高產(chǎn)品可靠性，提供一種更為高效的制造流程。

此外，可穿戴技術(shù)還可加強(qiáng)人員培訓(xùn)，為人員提供所需的新技能。從當(dāng)前人口統(tǒng)計(jì)情況看，各年齡段人員比例構(gòu)成將從根本上改變未來生產(chǎn)中的勞動(dòng)力。美國(guó)高技能制造工人的平均年齡是56歲，而印度每年大約有1000萬年輕人進(jìn)入到勞動(dòng)力市場(chǎng)。對(duì)全球制造商而言，越來越重點(diǎn)考慮的是提升人員技能，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員能夠快速高效地將知識(shí)傳授給缺乏車間實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的年輕人。過去，操作人員的培訓(xùn)通過紙質(zhì)版的操作手冊(cè)或人機(jī)可視化屏幕進(jìn)行傳授。如今，通過采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，工人能夠完全沉浸在環(huán)境中，從而提高人員工作的靈活性和可塑性。

圖4 生產(chǎn)中可穿戴技術(shù)的評(píng)價(jià)要素

1.4.2 未來實(shí)施面臨的障礙

企業(yè)在考慮是否用可穿戴技術(shù)時(shí)，都需要先解決若干因素。通常潛在用戶主要會(huì)關(guān)注與可穿戴技術(shù)有關(guān)的4方面問題：第一，技術(shù)的適用性問題。高人工成本或高易錯(cuò)成本的行業(yè)，具有從投資這些可穿戴技術(shù)中獲取顯著投資回報(bào)的巨大潛力。第二，應(yīng)用時(shí)機(jī)問題。這些技術(shù)一直在向著更高的安全性、更高效、更具經(jīng)濟(jì)可承受性、更易于使用等方向高速發(fā)展，適用于各類企業(yè)使用的可穿戴設(shè)備的適用性和實(shí)用性都越來越高。企業(yè)通過實(shí)用案例分析，了解各類可穿戴設(shè)備的功能和尚存在的局限性，確定當(dāng)前是否是應(yīng)用這些設(shè)備的好時(shí)機(jī)。第三，企業(yè)需要權(quán)衡考慮實(shí)際應(yīng)用成本和可取得的收益。許多試點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例已證實(shí)可取得很豐富的投資回報(bào)。然而，是否采用這些這穿戴技術(shù)主要還是取決于投資者對(duì)這些技術(shù)能否給企業(yè)帶來效益的信心。第四，實(shí)施應(yīng)用的方法問題。大部分應(yīng)用了可穿戴解決方案的企業(yè)是先從試點(diǎn)項(xiàng)目開始的，在軟件、硬件、內(nèi)容等方面可能會(huì)增值的領(lǐng)域，分別按件、按功能試用。最理想的應(yīng)用場(chǎng)合在整個(gè)企業(yè)內(nèi)得到反復(fù)使用，隨后的應(yīng)用將以試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目為基礎(chǔ)并不斷優(yōu)化。

就可穿戴設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而言，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的可穿戴技術(shù)，可穿戴設(shè)備在使用中存在一些限制性，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在使用中還存在一些技術(shù)壁壘。使用者的經(jīng)驗(yàn)與硬件（電池壽命和物理特征）、軟件（云和存儲(chǔ)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平臺(tái)和追蹤技術(shù)）等方面的改進(jìn)，將有助于促進(jìn)可穿戴解決方案的大規(guī)模應(yīng)用。此外，提高人們使用可穿戴技術(shù)的意識(shí)也將成為進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用的重要因素。

1.5 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。通過采用該技術(shù)，能夠交付出更好的產(chǎn)品，有助于價(jià)值鏈向更為簡(jiǎn)化、自動(dòng)化和分散化等方向發(fā)展。促進(jìn)3D打印技術(shù)高速發(fā)展因素主要包括以下幾方面：①有助于增加技術(shù)發(fā)展的材料種類；②具備制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件所需的能力（如發(fā)動(dòng)機(jī)部件）；③減少制造一件產(chǎn)品所需零部件數(shù)量；④工作流越來越簡(jiǎn)化。

3D打印技術(shù)是一種變革性技術(shù)，并不是因?yàn)槠淠芴娲鷤鹘y(tǒng)制造技術(shù)，致使傳統(tǒng)制造廠閑置、倒閉，其變革的意義在于與傳統(tǒng)制造技術(shù)互為補(bǔ)充，變革了產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式，創(chuàng)造新的價(jià)值。3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用是可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化，這對(duì)于小批量、高價(jià)值部件十分重要。

1.5.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣，目前已從快速原型制造擴(kuò)展到小批量生產(chǎn)，以及工裝和模具、維修和維護(hù)等應(yīng)用領(lǐng)域。由于與車間生產(chǎn)系統(tǒng)的集成并向著與傳統(tǒng)制造方法相對(duì)的盈虧平衡點(diǎn)方向發(fā)展（如圖5所示），整個(gè)企業(yè)價(jià)值鏈都能感受到3D打印技術(shù)的影響。專家認(rèn)為，未來5～15年，桌面3D打印設(shè)備將趕超工業(yè)應(yīng)用設(shè)備。目前，3D打印的應(yīng)用主要還集中于高度定制化的醫(yī)學(xué)元器件的制造，如助聽器、牙組織結(jié)構(gòu)等。生物3D打印目前還處于概念階段，5～10年后將大規(guī)模應(yīng)用。2～5年后，3D打印技術(shù)可能會(huì)與其他技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，甚至超過某些專業(yè)領(lǐng)域。

圖5 傳統(tǒng)制造方法與3D打印技術(shù)比較

1.5.2 未來實(shí)施面臨的障礙

3D打印技術(shù)幾乎不浪費(fèi)原材料，還能回收利用原材料，有助于創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)。不過，該技術(shù)還需克服為此在成本和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的障礙。此外，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提供一個(gè)開發(fā)框架是一項(xiàng)重要需求，業(yè)界亟需解決標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議缺失問題。為了能降低新技術(shù)/新方法的變異性，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者必須建立材料和硬件質(zhì)量控制規(guī)程，表征出制成品的材料性能和機(jī)械性能，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的方法，以保障測(cè)量和監(jiān)測(cè)的可靠性和精確性。

另外，3D掃描技術(shù)專利保護(hù)和版權(quán)侵犯問題也對(duì)該領(lǐng)域構(gòu)成很大威脅。建立相關(guān)法律法規(guī)，以防出現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)問題，是支持和鼓勵(lì)在3D打印領(lǐng)域進(jìn)一步投資和創(chuàng)新發(fā)展的必要條件。

有效實(shí)施應(yīng)用3D打印技術(shù)需要重新培訓(xùn)人員，因?yàn)樵跀?shù)字化設(shè)計(jì)、打印機(jī)操作與維護(hù)等專業(yè)領(lǐng)域，技術(shù)人員需要掌握一些新技能。為確保3D打印技術(shù)成功推廣應(yīng)用，由政府出面推動(dòng)該領(lǐng)域人員掌握新技能十分重要。政府部門能夠幫助改變工程和技術(shù)教育培訓(xùn)方面的方向，提高對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)注度，簡(jiǎn)化制造結(jié)構(gòu)。此外，政府的資金支持和稅收刺激政策也是鼓勵(lì)該行業(yè)發(fā)展的重要因素，同時(shí)也能促進(jìn)3D打印技術(shù)具有更有競(jìng)爭(zhēng)力的成本結(jié)構(gòu)。

2 技術(shù)融合發(fā)展

“塑造制造業(yè)未來”項(xiàng)目研究不僅聚焦于單項(xiàng)技術(shù)，還分析了技術(shù)融合發(fā)展對(duì)全球生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合性影響，包括對(duì)工廠車間、企業(yè)甚至到更廣闊的工業(yè)、社會(huì)和個(gè)人等方面。

2.1 對(duì)工廠車間的價(jià)值

技術(shù)融合發(fā)展將能使工廠車間的整個(gè)運(yùn)營(yíng)效率提高、運(yùn)營(yíng)成本降低。預(yù)計(jì)運(yùn)營(yíng)效率可提高10%以上，庫(kù)存運(yùn)輸成本降低20～30%、客戶包裝成本降低25%、安全事故率下降25%、水消耗量減少40%。此外，工廠生產(chǎn)運(yùn)行將實(shí)現(xiàn)從批量化生產(chǎn)向高品質(zhì)單件生產(chǎn)的變革。通過物聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)分析、可穿戴技術(shù)及3D打印技術(shù)等的集成應(yīng)用，工廠車間可以將產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期縮短20～50%，能夠快速響應(yīng)客戶需求、供應(yīng)鏈變更等情況。未來工廠車間的典型特征如圖6所示。

要實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)景，生產(chǎn)者必需將未來工廠作為核心戰(zhàn)略并進(jìn)行投資，要升級(jí)改造傳統(tǒng)設(shè)施，進(jìn)行相應(yīng)的勞動(dòng)力技能培訓(xùn)，投資改造落后的信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)。

圖6 高效柔性的未來工廠車間的主要特征

2.2 對(duì)企業(yè)的價(jià)值

技術(shù)發(fā)展將能增強(qiáng)企業(yè)能力，包括產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新加速、供應(yīng)鏈數(shù)字化、定制化產(chǎn)品交付、業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新。為客戶提供靈巧、定制化產(chǎn)品所帶來的經(jīng)濟(jì)效益巨大，預(yù)計(jì)到2030年，定制化產(chǎn)品消費(fèi)將占到50%以上，由此帶來的相關(guān)稅收將增長(zhǎng)約50%。原始設(shè)備制造商之間的縱向集成度下降約20%，數(shù)字化技術(shù)將促進(jìn)供應(yīng)鏈的同步化，并降低供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

這種集成將需要企業(yè)調(diào)整其發(fā)展戰(zhàn)略和領(lǐng)導(dǎo)組織體系，采用全新的數(shù)字化思維，并準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)企業(yè)所面臨的全新的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值

圍繞汽車、化學(xué)、制藥、消費(fèi)等4大類特定產(chǎn)業(yè)，技術(shù)發(fā)展將創(chuàng)造3類價(jià)值：一是在需求側(cè)，將能擴(kuò)大需求，創(chuàng)造新的價(jià)值和利潤(rùn)池；二是在供給側(cè)，技術(shù)發(fā)展將促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)范圍內(nèi)效率和生產(chǎn)率的提升；三是技術(shù)發(fā)展將帶來同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和效率提高的新經(jīng)驗(yàn)和新價(jià)值主張。

2.4 對(duì)社會(huì)的價(jià)值

目前，針對(duì)技術(shù)發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、就業(yè)、財(cái)富分配等的影響的辯論非常激烈。樂觀主義者認(rèn)為，引發(fā)前三次工業(yè)革命的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)使生產(chǎn)率顯著提升，讓數(shù)十億人擺脫貧困。而另一部分人提出了不同意見，他們指出越來越快的技術(shù)融合發(fā)展步伐可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)境失調(diào)，企業(yè)和政府難以管理。目前討論意見最一致的是認(rèn)為加速價(jià)值創(chuàng)造對(duì)環(huán)境影響的潛力最大。預(yù)計(jì)技術(shù)發(fā)展會(huì)快速推進(jìn)可持續(xù)生產(chǎn)， 在汽車、消費(fèi)品、電力、物流、醫(yī)療這5大領(lǐng)域，2016～2025年CO2減排可達(dá)26.3億噸，到2025年，其CO2排放量將占到全球總排放量的8.5%。

2.5 對(duì)個(gè)人的價(jià)值

隨著全球生產(chǎn)系統(tǒng)正經(jīng)歷新一輪的技術(shù)提升和創(chuàng)新，新的生產(chǎn)勞動(dòng)力及工作環(huán)境也逐漸興起。在工廠車間，自動(dòng)化技術(shù)代替人工操作，由此也產(chǎn)生了一系列新技能的工作崗位。未來，工廠車間操作人員需要的機(jī)械操作技能越來越少，將需要更多的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方面的技能，甚至要有終身學(xué)習(xí)能力。信息分析專家、工程師和編程人員需要對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)模型、生產(chǎn)過程、設(shè)備技術(shù)和數(shù)據(jù)等相關(guān)領(lǐng)域都有所思考。技術(shù)發(fā)展正在為人類和設(shè)備之間建立一種新的關(guān)系，高技能操作員與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。機(jī)器輔助的工作以及先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)更高的技能、工資和更好的工作環(huán)境。

3 結(jié)束語

未來生產(chǎn)方式對(duì)于可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和創(chuàng)新尤為重要，各國(guó)政府、企業(yè)都非常關(guān)注。除已經(jīng)確定的5項(xiàng)顛覆性技術(shù)外，在生產(chǎn)領(lǐng)域還有其他一些研究重點(diǎn)，如先進(jìn)材料、面向可維護(hù)性設(shè)計(jì)、能源、生物技術(shù)、納米技術(shù)等。

“塑造制造業(yè)未來”項(xiàng)目將繼續(xù)對(duì)一些單項(xiàng)或融合發(fā)展的技術(shù)持續(xù)關(guān)注，繼續(xù)評(píng)估這些技術(shù)的重要影響，還將開發(fā)一些創(chuàng)新的、獨(dú)特的見解和工具，協(xié)助各國(guó)政府和企業(yè)更好地理解新一輪工業(yè)革命，以進(jìn)行相應(yīng)的投資和政策決策。

[1] World Economic Forum. Technology and Innovation for the Future of Production：Accelerating Value Creation[OL].https∶//www.weforum.org/whitepapers/technology-and-innovation-for-the-future-of-production-accelerating-value-creation.2017.

[2] World Economic Forum.Shaping the Future of Production：Four Contrasting Perspectives in 2030[OL].https∶//www.weforum.org.2017.

[3] World Economic Forum. Shaping the Future of Production[OL].https∶//www.weforum.org,2017.