第六期丨歐盟委員會(huì)“工業(yè)5.0”系列報(bào)告翻譯連載
《工業(yè)5.0的使能技術(shù)》
摘要
歐洲正在向碳中和和數(shù)字領(lǐng)導(dǎo)力過(guò)渡。綠色和數(shù)字化的雙重轉(zhuǎn)型以及在全球舞臺(tái)上的競(jìng)爭(zhēng)力需求將要求我們的工業(yè)進(jìn)行改變，只有轉(zhuǎn)型才能使歐洲保持可持續(xù)性和競(jìng)爭(zhēng)性。這一轉(zhuǎn)變的成功需要公眾接受、信任和反饋，工業(yè)現(xiàn)代化的戰(zhàn)略必須把人和社會(huì)的需求放在中心。
一個(gè)創(chuàng)新、有彈性、以社會(huì)為中心的和有競(jìng)爭(zhēng)力的尊重地球的有限資源并最大限度地減少工業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響的愿景，被稱為工業(yè)5.0。它帶來(lái)了與技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、法規(guī)治理有關(guān)的許多新挑戰(zhàn)。
在此背景下，2020年7月2日和9日，來(lái)自歐洲各地研究和技術(shù)組織和供資機(jī)構(gòu)的與會(huì)者在兩個(gè)虛擬研討會(huì)上討論了工業(yè)5.0的概念。會(huì)議的目的是獲得關(guān)于總體概念的反饋，并討論支持技術(shù)和可能遇到的挑戰(zhàn)。雖然與會(huì)者對(duì)這一概念的名稱進(jìn)行了辯論，但與會(huì)者一致認(rèn)為，必須將社會(huì)和環(huán)境需要更好地納入技術(shù)發(fā)展。此外，與會(huì)者一致認(rèn)為，挑戰(zhàn)的復(fù)雜性不可能由個(gè)別技術(shù)來(lái)解決，而需要一種系統(tǒng)的方法。
與工業(yè)5.0概念有關(guān)的技術(shù)：
① 以人為本的解決方案和人機(jī)交互，將人和機(jī)器的優(yōu)勢(shì)相互連接并結(jié)合在一起。
② 仿生和智能材料，使材料具有嵌入式傳感器并增強(qiáng)可回收利用功能。
③ 基于實(shí)時(shí)的數(shù)字孿生和模擬的系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)建模。
④ 能夠處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)互操作性的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和分析技術(shù)。
⑤ 人工智能，例如檢測(cè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的因果關(guān)系，從而產(chǎn)生可操作的智能。
⑥ 上述技術(shù)將需要大量的能源，這依賴于高效能源和可信賴自治技術(shù)。
對(duì)于系統(tǒng)方法，必須考慮可以通過(guò)各自的推動(dòng)因素解決挑戰(zhàn)：
① 在社會(huì)方面，必須將以人為中心的方法發(fā)展為以社會(huì)為中心的方法，處理當(dāng)代挑戰(zhàn)和各種不同的需要，同時(shí)納入社會(huì)的參與，以增加信任感和接受程度。
② 轉(zhuǎn)型的速度之快需要政府和政治層面的措施。這包括“敏捷政府”方法，他們需要理解復(fù)雜的、相互關(guān)聯(lián)的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和勞動(dòng)力市場(chǎng)系統(tǒng)。
③ 跨學(xué)科交叉（如生命科學(xué)、工程學(xué)、社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)）的要求是復(fù)雜的，必須用系統(tǒng)的方法來(lái)理解。
④ 在經(jīng)濟(jì)方面，必須找到維持經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)和競(jìng)爭(zhēng)力的解決辦法以及所需的資金，例如通過(guò)發(fā)展重視生態(tài)和社會(huì)方面的各自商業(yè)模式。
⑤ 可擴(kuò)展性，在確保整個(gè)價(jià)值鏈和生態(tài)系統(tǒng)，包括中小企業(yè)大規(guī)模實(shí)施的科技感。
一、導(dǎo)語(yǔ)
（一）工業(yè)5.0的概念
工業(yè)是歐洲經(jīng)濟(jì)的最大貢獻(xiàn)者，為整個(gè)歐洲大陸提供了就業(yè)和繁榮。歐洲工業(yè)強(qiáng)大，但不斷面臨各種挑戰(zhàn)。它具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但在一個(gè)日益復(fù)雜的全球化經(jīng)濟(jì)中運(yùn)作。歐洲是一個(gè)穩(wěn)定的出口國(guó)，但面臨著快速變化的政治環(huán)境。工業(yè)效率高、成本效益高，但在漫長(zhǎng)的供應(yīng)和分銷鏈中容易出現(xiàn)問(wèn)題。在2008年至2018年期間，工業(yè)一直占?xì)W盟GDP的20%，更具體地說(shuō)，制造業(yè)為歐盟經(jīng)濟(jì)提供了約14.5%的增長(zhǎng)率。
為了讓工業(yè)繼續(xù)為歐洲帶來(lái)繁榮，工業(yè)5.0需要適應(yīng)以應(yīng)對(duì)這些不斷變化的挑戰(zhàn)，這只有通過(guò)持續(xù)不斷的創(chuàng)新才有可能。歐洲工業(yè)可以進(jìn)一步提高其在價(jià)值鏈不同地方的效率，增加其生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活性、敏捷性和精簡(jiǎn)性，以迎合全球消費(fèi)者迅速變化的需求，并繼續(xù)成為全球質(zhì)量的參考。
第四次工業(yè)革命的理念是通過(guò)信息物理系統(tǒng)將物理世界和虛擬世界融合起來(lái)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將人、機(jī)器和設(shè)備互聯(lián)起來(lái)。這種橫跨實(shí)現(xiàn)了整個(gè)價(jià)值鏈橫向和縱向的互聯(lián)，從客戶到供應(yīng)商，橫跨整個(gè)產(chǎn)品生命周期，橫跨不同職能部門，形成了新的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)系統(tǒng)。增值的創(chuàng)造可以更有效率、更個(gè)性化、更高質(zhì)量、以服務(wù)為導(dǎo)向、更可追蹤、更有彈性和更靈活。同時(shí)將以不同的方式連接到生產(chǎn)，從而形成一個(gè)覆蓋整個(gè)生命周期的集成鏈。工業(yè)5.0將在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)三方面產(chǎn)生效益，而這是可持續(xù)發(fā)展的三重底線。
第四次工業(yè)革命圍繞通用技術(shù)，在第一次工業(yè)革命中通過(guò)水力和蒸汽動(dòng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，在第二次工業(yè)革命中實(shí)現(xiàn)電氣化，分工和批量生產(chǎn)，在第三次工業(yè)革命中實(shí)現(xiàn)IT，電子和自動(dòng)化技術(shù)。工業(yè)4.0重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)，以及在提及該概念時(shí)提到的其他技術(shù)。取而代之的是，工業(yè)5.0應(yīng)該以支持和培育與社會(huì)和生態(tài)相關(guān)的價(jià)值觀為基礎(chǔ)。
來(lái)自歐洲各地的研究和技術(shù)組織的代表舉辦了兩個(gè)虛擬研討會(huì)，討論工業(yè)5.0的概念，其初步定義是：工業(yè)5.0通過(guò)使生產(chǎn)尊重地球的資源限制并將工業(yè)工人的福利置于生產(chǎn)過(guò)程的中心，認(rèn)識(shí)到工業(yè)在實(shí)現(xiàn)就業(yè)和增長(zhǎng)以外的社會(huì)目標(biāo)方面的力量，從而成為繁榮的促進(jìn)者。
（二）工業(yè)5.0術(shù)語(yǔ)與概念評(píng)析
與會(huì)者的討論是從懷疑該術(shù)語(yǔ)的適用性和工業(yè)5.0的概念開(kāi)始的。
首先，如果工業(yè)5.0涵蓋了與工業(yè)4.0相關(guān)的技術(shù)，那么在將與第四次工業(yè)革命相關(guān)的結(jié)果或發(fā)展說(shuō)成是第五次工業(yè)革命時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致潛在的混淆。前幾次工業(yè)革命的發(fā)展需要幾十年才能展開(kāi)，而工業(yè)4.0是在2011年首次被描述出來(lái)的。工業(yè)4.0作為一個(gè)概念已經(jīng)被描述為相當(dāng)營(yíng)銷驅(qū)動(dòng)的，所以在如此短的時(shí)間之后再次使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)可能會(huì)擴(kuò)大這種看法。例如，在生物轉(zhuǎn)化或量子技術(shù)領(lǐng)域真正由技術(shù)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展將是一場(chǎng)單獨(dú)的工業(yè)革命，這就提出了這樣一個(gè)問(wèn)題，即這是否會(huì)以社會(huì)和生態(tài)價(jià)值為中心。
第二，圍繞社會(huì)和生態(tài)價(jià)值而不是圍繞技術(shù)創(chuàng)建工業(yè)5.0的概念，擾亂整個(gè)工業(yè)革命的概念，可能會(huì)導(dǎo)致誤解。這可能會(huì)把發(fā)展從技術(shù)能力的角度轉(zhuǎn)向政治的角度。價(jià)值觀的概念，更重要的是，對(duì)于哪些價(jià)值觀被認(rèn)為是重要的以及如何理解這些價(jià)值觀，在世界各地有幾種不同的看法。
第三，工業(yè)5.0的很多思想和理念，在工業(yè)4.0中已經(jīng)可以找到。例如，在其最初的概念中，工業(yè)4.0圍繞著人類、社會(huì)和生態(tài)的價(jià)值觀。此外，高度個(gè)性化的產(chǎn)品（作為大規(guī)模定制的口頭禪常被稱為“批量生產(chǎn)”）是工業(yè)4.0的一個(gè)中心特征。自從引入這一術(shù)語(yǔ)以來(lái)，一些技術(shù)被貼上了“工業(yè)4.0”的標(biāo)簽，而沒(méi)有提及經(jīng)濟(jì)利益之外的更廣泛目的。然而，允許人機(jī)交互的技術(shù)，如增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)以及協(xié)作機(jī)器人技術(shù)，是工業(yè)4.0概念的一部分，一直被應(yīng)用于各大洲和并不斷創(chuàng)造價(jià)值。
第四，特別相關(guān)地，工業(yè)4.0在很大程度上仍在擴(kuò)展。尤其是中小企業(yè)、工藝制造商，或者傳統(tǒng)行業(yè)，距離工業(yè)4.0技術(shù)的大范圍實(shí)施還很遠(yuǎn)。此外，雖然可以在孤立的解決方案中看到幾種技術(shù)，但工業(yè)4.0所要實(shí)現(xiàn)的是整個(gè)供應(yīng)鏈的全面橫向和縱向一體化，在大多數(shù)工業(yè)價(jià)值鏈中仍遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)。因此，工業(yè)5.0的命名可能表明一套比工業(yè)4.0更新的技術(shù)，但工業(yè)4.0的一些想法甚至比工業(yè)5.0的建議更遠(yuǎn)。
總而言之，工業(yè)4.0的幾個(gè)理念似乎在一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)下重新煥發(fā)了活力。工業(yè)5.0的概念也可以被描述為重新引入“以人為中心/以價(jià)值為中心的工業(yè)4.0”這一失去的層面,或者正如一位與會(huì)者所稱的“工業(yè)4.1”。然而，在兩次討論結(jié)束時(shí)，大家達(dá)成了一個(gè)明確的共識(shí)，即有必要在工業(yè)4.0的概念中增加一個(gè)價(jià)值層面。
會(huì)者一致認(rèn)為，不應(yīng)將工業(yè)5.0理解為對(duì)現(xiàn)有工業(yè)4.0范式的替代或替代，而是一種演變和合乎邏輯的延續(xù)。因此，工業(yè)5.0的概念不是以技術(shù)為基礎(chǔ)的，而是以價(jià)值為中心的，例如以人為中心、生態(tài)或社會(huì)效益。這種范式轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是這樣一種觀念：技術(shù)可以朝著支持價(jià)值的方向發(fā)展，而技術(shù)變革可以根據(jù)社會(huì)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，反之亦然。這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)榈谒拇喂I(yè)革命中正在進(jìn)行的社會(huì)發(fā)展改變了價(jià)值創(chuàng)造、交換和分配的方式。此外，工業(yè)5.0中的技術(shù)必須被視為是為增強(qiáng)社會(huì)和生態(tài)價(jià)值而積極設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的一部分，而不是決定社會(huì)發(fā)展的技術(shù)。例如，所使用的技術(shù)的主要重點(diǎn)不應(yīng)是取代車間的工人，而是支持工人的能力，并導(dǎo)致更安全和更令人滿意的工作環(huán)境。工業(yè)5.0的核心技術(shù)與工業(yè)4.0基本一致，而更加注重以人為中心的技術(shù)是工業(yè)5.0的基礎(chǔ)。這個(gè)術(shù)語(yǔ)還與日本的社會(huì)5.0概念聯(lián)系在一起，描述了工業(yè)4.0技術(shù)之后或伴隨著工業(yè)4.0技術(shù)的社會(huì)發(fā)展。工業(yè)5.0補(bǔ)充并擴(kuò)展了工業(yè)4.0的標(biāo)志性功能。其關(guān)鍵層面是納入一套更廣泛的價(jià)值觀，特別是將以人為中心的觀點(diǎn)擴(kuò)展到以社會(huì)為中心的觀點(diǎn)。這也增加了治理的復(fù)雜性和要求，如第3節(jié)進(jìn)一步解釋的那樣。
此次討論特別強(qiáng)調(diào)了工業(yè)5.0的以下特點(diǎn)：將人與技術(shù)技能和力量結(jié)合起來(lái)，使工業(yè)和工業(yè)工人互惠互利，而不是技術(shù)取代人，而是對(duì)人的補(bǔ)充。這使得工作環(huán)境更安全、更令人滿意、更符合人體工程學(xué)，在這種環(huán)境中，人們可以利用自己的創(chuàng)造力解決問(wèn)題，接受新的角色，并提高自己的技能。工業(yè)5.0背后的核心思想是基于技術(shù)如何支持人類價(jià)值和需求的倫理理論來(lái)選擇技術(shù)，而不僅僅是基于它們從純技術(shù)或經(jīng)濟(jì)角度所能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。諸如人機(jī)接口、人腦能力與人工智能的融合或與機(jī)器人和機(jī)器的協(xié)作等技術(shù)被用于產(chǎn)生產(chǎn)品和服務(wù)。這些產(chǎn)品和服務(wù)可以進(jìn)一步根據(jù)客戶需求定制，減少環(huán)境影響，并允許閉環(huán)、能源自給自足、排放中性或循環(huán)經(jīng)濟(jì)等概念。
雖然工業(yè)5.0概念的開(kāi)發(fā)是在Covid-19之前開(kāi)始的，但可以認(rèn)為這是一個(gè)典型的挑戰(zhàn)，它凸顯了需要考慮或重新考慮一些概念，例如本地產(chǎn)生附加值和重新分配，更加關(guān)注彈性，優(yōu)化，退貨和引進(jìn)等。主權(quán)能力的概念與精益原則和生產(chǎn)力驅(qū)動(dòng)的理論形成對(duì)比。政策在重新分配中起著至關(guān)重要的作用；它必須創(chuàng)造誘人的框架條件，以刺激公司在歐洲開(kāi)展業(yè)務(wù)。創(chuàng)新和價(jià)值創(chuàng)造必須面向需求和需求，要求組織和社會(huì)變革朝著融合學(xué)科，思維定勢(shì)，領(lǐng)導(dǎo)能力和決策以及遠(yuǎn)離組織孤島，推進(jìn)諸如共享經(jīng)濟(jì)之類的概念發(fā)展。此外，對(duì)技術(shù)的信任，必須通過(guò)鼓勵(lì)客戶對(duì)其使用的技術(shù)和產(chǎn)品做出明智的決定，來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)。此外，個(gè)人對(duì)新技術(shù)的信任程度隨著操作能力的提高而增加，因此需要在整個(gè)供應(yīng)鏈中進(jìn)行大量的培訓(xùn)和技能提升。最后，將目前占主導(dǎo)地位的技術(shù)確定性理論發(fā)展為基于聯(lián)合價(jià)值的人的確定性理論，是邁向工業(yè)5.0概念的第一步。
二、支持技術(shù)
工業(yè)5.0的實(shí)現(xiàn)必須依靠一套復(fù)雜的系統(tǒng)，將智能材料與嵌入式生物傳感器相結(jié)合。因此，以下每一個(gè)類別只有與其他類別結(jié)合起來(lái)，作為系統(tǒng)和技術(shù)框架的一部分，才能發(fā)揮其潛力。
（一）個(gè)性化人機(jī)交互
把人和技術(shù)聯(lián)系起來(lái)即：把人的創(chuàng)新和機(jī)器的能力結(jié)合起來(lái)。以下技術(shù)支持人類完成物理和認(rèn)知任務(wù)：
① 多語(yǔ)種語(yǔ)音手勢(shì)識(shí)別與人類意圖預(yù)測(cè)
② 員工身心緊張和壓力的跟蹤技術(shù)
③ 機(jī)器人技術(shù)：協(xié)作機(jī)器人('cobots')，它與人類一起工作并幫助人類
④ 增強(qiáng)、虛擬或混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，特別是用于培訓(xùn)和包容性的技術(shù)
⑤ 增強(qiáng)人的身體能力：外骨骼、仿生工作裝置和安全設(shè)備
⑥ 增強(qiáng)人類的認(rèn)知能力：將人工智能和人腦的優(yōu)勢(shì)相匹配的技術(shù)（例如，將創(chuàng)造力與分析技能相結(jié)合）、決策支持系統(tǒng)
（二）生物仿生技術(shù)與智能材料
源自生物轉(zhuǎn)化概念的生物仿生技術(shù)和工藝可與以下特性相結(jié)合：
① 自愈或自修復(fù)
② 輕量化
③ 可回收
④ 從廢物中產(chǎn)生原料
④ 生活資料一體化
⑥ 嵌入式傳感器技術(shù)與生物傳感器
⑦ 適應(yīng)性/響應(yīng)性人體工程學(xué)和表面特性
⑧ 具有內(nèi)在可追溯性的材料
（三）數(shù)字孿生與仿真
數(shù)字孿生和模擬技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)、測(cè)試產(chǎn)品和過(guò)程并檢測(cè)可能的有害影響，例如：
① 產(chǎn)品和過(guò)程的數(shù)字化孿生體
② 產(chǎn)品和過(guò)程的虛擬模擬和測(cè)試（例如，以人為中心、工作和操作安全）
③ 多尺度動(dòng)態(tài)建模與仿真
④ 環(huán)境和社會(huì)影響的模擬和測(cè)量
⑤ 信息物理系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字孿生
⑥ 計(jì)劃維護(hù)
（四）數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和分析技術(shù)
需要節(jié)能和安全的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和分析技術(shù)，其特性如下：
① 網(wǎng)絡(luò)化傳感器
② 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)互操作性
③ 可擴(kuò)展、多層次的網(wǎng)絡(luò)安全
④ 網(wǎng)絡(luò)安全/安全云IT基礎(chǔ)設(shè)施
⑤ 大數(shù)據(jù)管理
⑥ 可追溯性（例如，數(shù)據(jù)來(lái)源和規(guī)范的實(shí)現(xiàn)）
⑦ 學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)據(jù)處理
⑧ 邊緣計(jì)算
（五）人工智能
人工智能，如今仍然經(jīng)常指的是先進(jìn)的相關(guān)分析技術(shù)，必須在幾個(gè)方面進(jìn)一步發(fā)展：
① 基于因果關(guān)系而不僅僅是基于相關(guān)性的人工智能
② 顯示關(guān)聯(lián)之外的關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)
③ 在沒(méi)有人力支持的情況下對(duì)新的或意外的情況作出反應(yīng)的能力
④ 群體智能
⑤ 腦-機(jī)接口
⑥ 以個(gè)人為中心的人工智能
⑦ 知情深度學(xué)習(xí)（專家知識(shí)結(jié)合人工智能）
⑧ 人與任務(wù)的技能匹配
⑨ 安全高效的人工智能
⑩ 在一個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)中處理和發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源和尺度的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性的能力。
（六）能源效率、可再生能源、儲(chǔ)存和自主技術(shù)
由于所提到的大多數(shù)技術(shù)需要大量的能源來(lái)運(yùn)行，因此需要以下技術(shù)和特性來(lái)實(shí)現(xiàn)排放中和：
① 可再生能源一體化
② 支持Power-to-X技術(shù)
③ 智能塵埃和能量自主傳感器
④ 低能耗數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)分析
本文譯自《Enabling Technologies for Industry 5.0 Results of a workshop with Europe’s technology leaders》
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