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物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、3D打印、機(jī)器人能重塑制造業(yè)的未來嗎？
文章導(dǎo)讀：
在過去，傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售一直遵循這樣的流程：發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者需求——企業(yè)設(shè)計(jì)圖紙——制作原型——設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品所需的工藝裝備——進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)——推向市場(chǎng)。
大規(guī)模機(jī)械化使得工廠在極短的時(shí)間內(nèi)，即可制造出大量的產(chǎn)品，并改變了數(shù)十億人的工作與生活。
但傳統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)存在著諸如研發(fā)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、原材料利用率不足、產(chǎn)品可能會(huì)大量積壓等一系列問題。
今天，隨著互聯(lián)網(wǎng)與制造部門、消費(fèi)者的深度融合，一切都在發(fā)生翻天覆地的變化：
一方面，企業(yè)獲取消費(fèi)者信息的渠道更加簡(jiǎn)單快捷，得以更快地了解消費(fèi)者需求及市場(chǎng)變化。
另一方面，物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、3D打印、機(jī)器人、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，使工廠的生產(chǎn)、管理與運(yùn)營更加智能化、自動(dòng)化。
因此，產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到大規(guī)模生產(chǎn)的流程正在因新技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)生變化，而以下三大變化將為制造業(yè)帶來根本性的變革：大規(guī)模定制、開放式創(chuàng)新與智能化工廠。這些變化也將是工業(yè)4.0最直接的體現(xiàn)。
因成本問題，個(gè)性化和定制化一直是傳統(tǒng)制造業(yè)難以施展的領(lǐng)域。而3D打印、人工智能、新材料等新技術(shù)的融合將使企業(yè)可以規(guī)模化地生產(chǎn)個(gè)性化定制產(chǎn)品。
據(jù)預(yù)測(cè)，人工智能只需將自動(dòng)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)向自定義配置產(chǎn)品，即可滿足不同消費(fèi)者的多樣化需求。
3D打印將使得我們直接從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)到生產(chǎn)，并具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，得以加速數(shù)量級(jí)生產(chǎn)。
3D打印也將成為大規(guī)模定制化生產(chǎn)的最大驅(qū)動(dòng)力，而通過結(jié)合大量的消費(fèi)者數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)，定制化產(chǎn)品可以快速滿足市場(chǎng)需求。
目前，該技術(shù)正處于指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，增材制造（俗稱3D打?。┬袠I(yè)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至近52億美元，價(jià)格在5000美元以內(nèi)的3D打印機(jī)在全球銷量超過25萬臺(tái)。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，到2021年，全球3D打印行業(yè)的支出將達(dá)到近200億美元。
通過這一技術(shù)，并借助新的設(shè)計(jì)軟件，我們可以定制符合解剖學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用支架、個(gè)性化牙科產(chǎn)品、改裝飛機(jī)和汽車零部件，并可以制造諸如傳感器、藥物輸送系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室芯片應(yīng)用領(lǐng)域的微型產(chǎn)品。
去年，Adidas與3D打印公司Carbon 3D合作推出了3D打印運(yùn)動(dòng)鞋，將運(yùn)動(dòng)員特定的數(shù)據(jù)和個(gè)人緩沖偏好通過3D打印技術(shù)融入到運(yùn)動(dòng)鞋中。
通過數(shù)字光合成（DLS）3D打印技術(shù)，Carbon 3D公司創(chuàng)紀(jì)錄地從液體材料中打印成品鞋，并很好的控制鞋子的彈性、比強(qiáng)度及其它產(chǎn)品屬性。更厲害的是，這一新的工藝能夠最大限度地減少設(shè)計(jì)流程和原型設(shè)計(jì)時(shí)間，從而直接進(jìn)行生產(chǎn)，將產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短多達(dá)9倍。
3D打印的應(yīng)用，不僅僅局限在小型商品制造上。2018年4月，荷蘭3D打印公司MX3D完成了世界首座3D打印鋼制橋梁，并即將安裝在阿姆斯特丹。
MX3D公司使用的六軸機(jī)器人手臂可以在空中從任何方向進(jìn)行打印。這種多軸打印技術(shù)幾乎完全消除了傳統(tǒng)3D打印所需的某種物體支撐，為未來的新結(jié)構(gòu)打印開辟了新的方向。
然而，3D打印技術(shù)并非該40米長(zhǎng)的橋梁的唯一新技術(shù)。為確保這座橋梁的安全性和優(yōu)化性能，3D打印鋼結(jié)構(gòu)還配備了一系列傳感器，可以監(jiān)控自己的健康狀況，記錄下走過它的人數(shù)和速度，并測(cè)量空氣中污染物等數(shù)據(jù)，還能將收集的數(shù)據(jù)創(chuàng)建成一個(gè)數(shù)字橋梁模型，為以后的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。
3D打印的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止于此。在一個(gè)更微型的領(lǐng)域，也就是電子領(lǐng)域，3D打印同樣在開啟一個(gè)定制化和按需電子的新時(shí)代。
過去，電子產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，需要手動(dòng)嵌入電路。然而，通過3D打印技術(shù)，我們可以將導(dǎo)電油墨直接在產(chǎn)品中打印成電路，一次就可以完成。
例如，以色列電子3D打印公司Nano Dimension和美國3D打印公司Voxel8等初創(chuàng)公司正在使用導(dǎo)電油墨來打印電路。
通過3D打印技術(shù)打印出來的電路熱穩(wěn)定性高，厚度僅有幾微米，所以不斷發(fā)展的導(dǎo)電油墨有可能為硬件生產(chǎn)帶來革命性變化。
總之，3D打印拋棄了冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、多階段原型設(shè)計(jì)、昂貴的工具和統(tǒng)一化的生產(chǎn)，從而可以大幅度降低生產(chǎn)成本，并將徹底改變傳統(tǒng)工業(yè)制造的生產(chǎn)流程。
傳統(tǒng)制造企業(yè)一般都遠(yuǎn)離都市，在設(shè)計(jì)和研發(fā)產(chǎn)品方面費(fèi)時(shí)耗力，且為了安全起見，只能在企業(yè)內(nèi)部自行研發(fā)。
而隨著創(chuàng)新工廠、孵化器、制造設(shè)備實(shí)驗(yàn)室的興起，城市正在成為傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新來源。無論是內(nèi)部研發(fā)還是外包，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)技術(shù)，任何人都可以介入其中并參與發(fā)明。
在過去，我們談?wù)摗伴_放式創(chuàng)新”已經(jīng)很多年，不少企業(yè)也已經(jīng)通過這一模式獲得了可觀的成果。但受制于技術(shù)、社區(qū)等限制，開放式創(chuàng)新并未在更大范圍實(shí)現(xiàn)。而現(xiàn)在，真正的“開放式創(chuàng)新”正在到來。
在制造業(yè)中，當(dāng)可訪問的用戶界面出現(xiàn)時(shí)，借助類CAD設(shè)計(jì)軟件和易用的界面，每個(gè)人都可以成為發(fā)明家和技術(shù)創(chuàng)新者。技術(shù)開發(fā)也將真正呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，“開放”將成為制造業(yè)的關(guān)鍵詞。
硬件工作室和企業(yè)孵化器的新生態(tài)系統(tǒng)正在城市中心興起。諸如初創(chuàng)企業(yè)孵化器Playground Global和開源3D打印公司LulzBot之類的公司正在不斷壯大，為自由創(chuàng)業(yè)者提供了優(yōu)越的物理辦公空間和制造能力。
2015年，Android之父Andy Rubin聯(lián)合其他人成立了Playground Global孵化器，為初創(chuàng)企業(yè)提供包括業(yè)務(wù)、辦公空間以及機(jī)械設(shè)計(jì)的各種指導(dǎo)，并幫助他們解決材料、工程、制造、供應(yīng)鏈管理、分銷等問題。
通過提供內(nèi)部專業(yè)技術(shù)來交換小型股權(quán)，硬件生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室Flex Lab IX幫助數(shù)十家創(chuàng)業(yè)公司構(gòu)建變革性技術(shù)，例如無人機(jī)系統(tǒng)、超薄電池、智能頭帶等。
正如美國工業(yè)設(shè)備制造和工藝設(shè)計(jì)及測(cè)試供應(yīng)商Bestronics的首席執(zhí)行官Nat Mani所說：“我們?cè)絹碓蕉嗟貙で笈c初創(chuàng)企業(yè)的合作，將其作為業(yè)務(wù)發(fā)展的一種形式，同時(shí)也要保持在新技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。這些初創(chuàng)公司經(jīng)常在嘗試我們需要知道的新事物。”
美國3D打印解決方案提供商3D Systems和工業(yè)級(jí)3D打印解決方案供應(yīng)商Stratasys等行業(yè)巨頭也正在接受分布式制造這一新模式。
憑借其連續(xù)構(gòu)建3D演示器，Stratasys提供了一個(gè)模塊化3D打印機(jī)墻，所有打印機(jī)均通過云端工作并進(jìn)行集中控制。
風(fēng)險(xiǎn)投資基金B(yǎng)olt則為那些進(jìn)入Y Combinator和其他加速器的初創(chuàng)公司提供原型設(shè)備實(shí)驗(yàn)室，并幫助他們開發(fā)產(chǎn)品。Kickstarter等眾籌平臺(tái)也為創(chuàng)業(yè)者提供了初始融資服務(wù)。
隨著分布式制造和自動(dòng)化制造成本的下降，未來開放式創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)將出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，而傳統(tǒng)制造商的產(chǎn)品研發(fā)模式將受到非常大的挑戰(zhàn)。
對(duì)于一家成熟的制造企業(yè)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、協(xié)作機(jī)器人和Li-Fi將是走向未來制造業(yè)必須具備的前沿技術(shù)。
智能工廠也將成為未來制造業(yè)的終極方向。隨著新型傳感器、機(jī)器學(xué)習(xí)工具和檢測(cè)無人機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用，工廠設(shè)備不僅能夠立即自主糾正錯(cuò)誤，生產(chǎn)過程也能實(shí)時(shí)滿足不斷變化的需求。
作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，美國公司TE Connectivity設(shè)計(jì)和制造高度精密的連接器、傳感器和電子元件。從醫(yī)療行業(yè)到家電行業(yè)，從航空航天到國防等領(lǐng)域，TE的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了機(jī)器間的通信。
而在更偏僻的地區(qū)，機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信尤為重要，因其可以允許在智能機(jī)器人之間分散傳輸數(shù)據(jù)。例如，區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)公司Filament正在利用低功耗工業(yè)傳感器和區(qū)塊鏈來推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)通訊初創(chuàng)公司Kepler Communications則利用小型的衛(wèi)星矩陣取代傳統(tǒng)衛(wèi)星通訊，為偏遠(yuǎn)地區(qū)的工廠實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通訊。
智能傳感器可以轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與制造設(shè)備間的通信，并在性能或安全受到威脅時(shí)關(guān)閉設(shè)備。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也使得我們能夠分析生產(chǎn)配額，進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)并遠(yuǎn)程輸入設(shè)計(jì)。
對(duì)于大型制造商而言，產(chǎn)品召回是最昂貴最可怕的災(zāi)難，而人工智能的應(yīng)用，則可以將產(chǎn)品召回的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
硅谷人工智能初創(chuàng)公司Landing.ai開發(fā)的用于生產(chǎn)線的機(jī)器視覺工具，可以發(fā)現(xiàn)人眼無法看到的電路板和產(chǎn)品中的細(xì)微缺陷。通過精確的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量分析，即時(shí)反饋錯(cuò)誤，與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相連的機(jī)器可以在發(fā)生任何損失之前暫停生產(chǎn)，從而避免進(jìn)一步的損失。
Instrumental、Maana和Augury等創(chuàng)業(yè)公司通過收集和分析由物聯(lián)網(wǎng)生成的海量數(shù)據(jù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來檢測(cè)設(shè)備和機(jī)器的異常與風(fēng)險(xiǎn)，并提前預(yù)警。
美國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商Augury開發(fā)了一套完整的傳感器套件，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分析機(jī)器的聲音變化，以此發(fā)現(xiàn)機(jī)器的異常情況。
隨著云連接、協(xié)作機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主管理，未來的工廠將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。
美國無人值守3D打印工廠Voodoo Manufacturing擁有世界首個(gè)功能齊全的、機(jī)器人操作的3D打印機(jī)群——Project Skywalker。這一系統(tǒng)通過專業(yè)軟件，將9臺(tái)3D打印機(jī)和一個(gè)機(jī)械臂組合在一起。
該系統(tǒng)可以自動(dòng)移除和更換一臺(tái)3D打印機(jī)的構(gòu)建板，然后繼續(xù)打印過程。而傳統(tǒng)生產(chǎn)中，移除和更換構(gòu)建板需要占用員工約15％的時(shí)間。
這一系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，無需人員監(jiān)控。而通過大規(guī)模部署Skywalker，其位于布魯克林的工廠產(chǎn)能提高了400％。
這樣的技術(shù)與模式將徹底打亂傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)模式。
3D打印機(jī)、協(xié)作式3D打印機(jī)群、聯(lián)合機(jī)器人、管理3D打印機(jī)的機(jī)器人、構(gòu)建機(jī)器人的3D打印機(jī)，所有的這些只不過是一個(gè)開始。
在未來，傳統(tǒng)制造的物理限制和空間限制將不再那么重要，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)將更加扁平化、更加開放。在此背景下，制造業(yè)巨頭和新興創(chuàng)業(yè)公司都將擁有前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
