|
摘要：工業(yè)4.0誕生以來，強(qiáng)化了數(shù)字化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和互聯(lián)的工業(yè)所帶來的高度變革性影響。但是工業(yè)4.0沒有強(qiáng)調(diào)工業(yè)在全球范圍內(nèi)為人類提供長期服務(wù)的重要性，也沒有很好解決如何利用技術(shù)創(chuàng)新來促進(jìn)工業(yè)與社會(huì)之間的協(xié)作和“雙贏”互動(dòng)等問題。工業(yè)5.0系統(tǒng)地提出將勞動(dòng)者作為工業(yè)生產(chǎn)的核心，從而實(shí)現(xiàn)就業(yè)和增長之外的社會(huì)目標(biāo)，穩(wěn)健地提供繁榮。但是，工業(yè)5.0作為對(duì)工業(yè)未來發(fā)展的再思考，目前其研究尚處于探索階段，研究成果相對(duì)較少且缺乏系統(tǒng)性。首先回顧工業(yè)5.0的產(chǎn)生背景，分析工業(yè)5.0與工業(yè)4.0的區(qū)別，總結(jié)工業(yè)5.0以人為中心、可持續(xù)性、韌性和智慧性等四個(gè)主要特征。 在此基礎(chǔ)上對(duì)工業(yè)5.0的內(nèi)涵進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并探討工業(yè)5.0與社會(huì)5.0概念的關(guān)系。建立工業(yè)5.0的三維體系架構(gòu)，給出工業(yè)5.0的使能技術(shù)體系和工業(yè)5.0的實(shí)現(xiàn)路徑，指出工業(yè)4.0使得數(shù)據(jù)成為企業(yè)生產(chǎn)要素組成部分中非常重要的一環(huán)，促進(jìn)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而工業(yè)5.0將推動(dòng)知識(shí)成為企業(yè)生產(chǎn)要素的重要組成部分并發(fā)揮重要作用，并推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。 關(guān)鍵詞：工業(yè)5.0；工業(yè)4.0；社會(huì)5.0；智能制造；人-信息-物理系統(tǒng)；以人為中心；知識(shí)驅(qū)動(dòng)；韌性 中圖分類號(hào)：TG156 0 前沿 工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)和支柱產(chǎn)業(yè)，能夠提供眾多的就業(yè)崗位并促進(jìn)社會(huì)繁榮。從18世紀(jì)60年代開始至今，人類在200多年的時(shí)間里經(jīng)歷了多次工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命源于以水和蒸汽為動(dòng)力的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)明與應(yīng)用，使得工業(yè)勞動(dòng)者從大量的體力勞動(dòng)中得到了一定程度的解放，生產(chǎn)力得到了巨大提升；第二次工業(yè)革命則是源于以電為動(dòng)力、基于勞動(dòng)分工和流水線的大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率都得到大幅提升，勞動(dòng)者的技能趨于專業(yè)化；第三次工業(yè)革命的顯著特征則是電子技術(shù)和信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)的管理決策信息化和更高程度的設(shè)備自動(dòng)化，工業(yè)勞動(dòng)者大量的體力勞動(dòng)和少量的腦力勞動(dòng)被機(jī)器和軟件所替代，生產(chǎn)效率、管理能力、產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，工業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式開始由紙質(zhì)文件轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并由信息化系統(tǒng)進(jìn)行管理。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，德國在2011年提出了“工業(yè)4.0”的概念，因其強(qiáng)化了信息技術(shù)的進(jìn)步以及數(shù)字化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和互聯(lián)的工業(yè)所帶來的高度變革性影響，被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命。 工業(yè)4.0的內(nèi)涵是利用信息物理系統(tǒng)(Cyber-physical systems，CPS)，將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造和銷售等信息數(shù)據(jù)化，最后達(dá)到快速、有效、個(gè)性化的產(chǎn)品供應(yīng)；其本質(zhì)是通過充分利用CPS，將制造業(yè)推向數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)型。顯然，工業(yè)4.0是以數(shù)字世界與物理世界的深度融合為主要特征。工業(yè)4.0一經(jīng)提出，不僅為歐洲工業(yè)的創(chuàng)新、技術(shù)發(fā)展和數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了正確的指導(dǎo)原則，也受到了世界主要經(jīng)濟(jì)體的認(rèn)可。 工業(yè)4.0提出后，目前許多制造公司正在融入和實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的過程當(dāng)中。雖然目前大部分企業(yè)并沒有完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，但是工業(yè)4.0對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈的不同領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了巨大影響，如基于CPS的自治系統(tǒng)的出現(xiàn)，包括嵌入了智能組件并具備自感知、自分析、自診斷、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)能力的智能裝備、智能產(chǎn)線、智能工廠等，能夠大大提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低研發(fā)成本等，并為真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)提供支撐。 但是，注重系統(tǒng)自治的工業(yè)4.0也帶來了一系列問題，如人的智能應(yīng)該處于什么樣的角色，人被機(jī)器替代后的就業(yè)問題該如何解決。實(shí)際上，從工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性、保密性、專業(yè)性、領(lǐng)域性、巨大不確定性、社會(huì)性和綠色清潔等方面考慮，人的智能依然扮演了極其重要的角色。同時(shí)，工業(yè)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)繁榮的同時(shí)不能把工業(yè)勞動(dòng)者排除在就業(yè)崗位之外，否則可能會(huì)產(chǎn)生許多的社會(huì)問題；也不應(yīng)該對(duì)環(huán)境造成極大的污染和破壞，這樣會(huì)影響工業(yè)勞動(dòng)者的健康和人類的生存環(huán)境。因此，許多企業(yè)的決策層、技術(shù)專家、政策的制定者開始了對(duì)工業(yè)5.0的討論，擬系統(tǒng)地解決人和環(huán)境在工業(yè)生產(chǎn)過程中的地位問題。此外，隨著2020年全球疫情的爆發(fā)給世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈帶來的巨大沖擊，國家乃至全球工業(yè)體系應(yīng)對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)的能力也成為一個(gè)不可忽視的議題，這也在一定程度上推動(dòng)了世界主要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體對(duì)未來工業(yè)發(fā)展的一個(gè)再思考，即工業(yè)5.0：以人為中心、知識(shí)驅(qū)動(dòng)的智慧化時(shí)代。如圖1給出了從工業(yè)1.0到5.0的工業(yè)革命發(fā)展歷程，其復(fù)雜性不斷提升。 圖1 從工業(yè)1.0到工業(yè)5.0的工業(yè)革命發(fā)展歷程 1 工業(yè)5.0的起源與發(fā)展 隨著新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及與工業(yè)的深度融合，基于當(dāng)前全球氣候變暖、環(huán)境污染加重、資源能源持續(xù)消耗和工業(yè)競爭壓力不斷增大等諸多挑戰(zhàn)，在歐洲開始提出工業(yè)5.0的概念，并以此描述工業(yè)發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)，且將其作為人類追求社會(huì)繁榮穩(wěn)定所需要的解決方案。他們認(rèn)為工業(yè)5.0是以一種可持續(xù)的方式來提高生產(chǎn)力，同時(shí)不應(yīng)將工業(yè)勞動(dòng)者移出制造業(yè)領(lǐng)域。比如ATWELL[1]認(rèn)為可以將單調(diào)的、重復(fù)的任務(wù)留給機(jī)器，將創(chuàng)造性的工作向人類開放。這樣不僅可以令工作人員承擔(dān)更多的責(zé)任，而且也會(huì)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的監(jiān)督，從而全面提升生產(chǎn)質(zhì)量。這類觀點(diǎn)主要是從宏觀層面對(duì)工業(yè)5.0提出自己的見解，并認(rèn)為之前的工業(yè)革命要么以犧牲環(huán)境和消耗大量資源能源為代價(jià)來追求經(jīng)濟(jì)增長，不具備可持續(xù)性；要么存在大量工業(yè)勞動(dòng)者的就業(yè)機(jī)會(huì)被機(jī)器所取代的問題，不符合“為人民服務(wù)的經(jīng)濟(jì)”理念。另外，PASCHEK等[2]通過采訪一些專家和企業(yè)代表，分析和評(píng)價(jià)了工業(yè)5.0對(duì)商業(yè)的潛在影響；并指出很多企業(yè)都在實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的過程中，并沒有意識(shí)到工業(yè)5.0的到來以及工業(yè)5.0將給工業(yè)和商業(yè)帶來的巨大價(jià)值，因此呼吁企業(yè)需要著手準(zhǔn)備。他們也指出工業(yè)5.0強(qiáng)調(diào)從大規(guī)模自動(dòng)化到增強(qiáng)工業(yè)勞動(dòng)者能力和通過產(chǎn)品定制實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的一個(gè)轉(zhuǎn)變，是工業(yè)發(fā)展的下一個(gè)層次。 從技術(shù)角度，學(xué)者們對(duì)工業(yè)5.0的研究主要集中在人與機(jī)器的深度協(xié)作，由此產(chǎn)生了人在回路里和人在回路上兩類主要的智能系統(tǒng)。一方面，人在回路里是指在整個(gè)系統(tǒng)中，機(jī)器為一個(gè)特定的命令執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，然后在繼續(xù)之前停止并等待人的下一個(gè)命令。人在回路上的系統(tǒng)是一個(gè)能夠獨(dú)立、完整執(zhí)行任務(wù)的自治系統(tǒng)，而人的角色是可以提供系統(tǒng)無法獲得的專業(yè)知識(shí)，并可以對(duì)系統(tǒng)不知道或者意識(shí)不到的問題做出響應(yīng)[3-4]。自治系統(tǒng)并不意味著將人排除在外，而是通過人機(jī)協(xié)作達(dá)到關(guān)鍵的性能指標(biāo)[5]。當(dāng)前研究較多的工業(yè)自治系統(tǒng)是能夠和人安全可靠協(xié)作的智能機(jī)器人，也被稱為合作機(jī)器人。RICHERT等[6]認(rèn)為這類機(jī)器人不僅能夠和人實(shí)現(xiàn)物理層面的交互，還能夠彼此分享知識(shí)和互相學(xué)習(xí)。NAHAVANDI等[7]認(rèn)為工業(yè)5.0將是一個(gè)以人為中心的解決方案，合作機(jī)器人將是其中一個(gè)重要的組成部分，并給出了一個(gè)基于合作機(jī)器人的典型應(yīng)用場景。在該應(yīng)用場景中，合作機(jī)器人不僅可以通過相機(jī)等視覺手段感知到人的位置和狀態(tài)，還可以通過觀看和學(xué)習(xí)人的操作來預(yù)測和明白人的意圖；并在人進(jìn)行手工操作的時(shí)候，把其執(zhí)行下一步操作所需要的物品提前準(zhǔn)備好。另外，也有許多文獻(xiàn)并沒有把對(duì)人機(jī)協(xié)作的研究直接歸到工業(yè)5.0，而是在工業(yè)4.0背景下的進(jìn)一步深入。比如，ZHOU等[8]提出的新一代智能制造是以人-信息-物理系統(tǒng)(Human-cyber-physical system，HCPS)為核心，而不僅僅是信息-物理系統(tǒng)CPS；并指出新一代智能制造系統(tǒng)突出了人在制造系統(tǒng)的中心地位，是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)“人”、“信息系統(tǒng)”和“物理系統(tǒng)”的綜合集成大系統(tǒng)。同時(shí)，新一代智能制造系統(tǒng)將使人類從更多體力勞動(dòng)和大量腦力勞動(dòng)中解放出來，使得人類可以從事更有意義的創(chuàng)造性工作，不僅將使制造業(yè)的質(zhì)量和效率躍升到新的水平，而且人類社會(huì)開始真正進(jìn)入“智能時(shí)代”[9]。顯然這已經(jīng)超出了工業(yè)4.0原有的定義范疇，并與工業(yè)5.0以人為中心的理念不謀而合。NGOC等[10]綜述和分析了工業(yè)4.0背景下以人為中心的設(shè)計(jì)案例，在此基礎(chǔ)上給出了其未來的發(fā)展機(jī)會(huì)和潛在研究點(diǎn)，包括體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的人機(jī)協(xié)同可視化智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、考慮人的文化程度和背景的人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。 除了人在工業(yè)系統(tǒng)中的角色定位問題，從第二次工業(yè)革命開始，巨大的環(huán)境污染和資源能源消耗問題就一直困擾著工業(yè)的發(fā)展，全球性的氣候變暖、水資源的污染、局部地區(qū)的大氣污染、不可再生能源的大量消耗等議題備受關(guān)注。盡管這些問題在很長一段時(shí)間內(nèi)沒有受到政府、工業(yè)企業(yè)和學(xué)術(shù)界的關(guān)注，但是在最近幾十年，許多學(xué)者開始從地球環(huán)境的可持續(xù)性對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并從減少工業(yè)過程資源消耗、降低生產(chǎn)過程能耗、實(shí)現(xiàn)清潔低碳制造等角度對(duì)綠色制造[11-12]和綠色調(diào)度[13]、再制 造[14-15]和可持續(xù)制造[16-17]等方向開展了大量研究。另外，一些國際性的組織包括聯(lián)合國和世界貿(mào)易組織也在積極推動(dòng)各國政府出臺(tái)相應(yīng)的政策來保護(hù)地球環(huán)境。盡管如此，工業(yè)4.0并沒有過多強(qiáng)調(diào)工業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展問題，只是從如何利用工業(yè)維持經(jīng)濟(jì)繁榮的角度考慮了生產(chǎn)效率提升、商業(yè)模式改變、企業(yè)通過數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造等議題。 基于已有研究和工業(yè)4.0在應(yīng)對(duì)一些社會(huì)共性問題存在的不足，在政府層面，歐盟委員會(huì)研究與創(chuàng)新總局在工業(yè)4.0基礎(chǔ)上提出了工業(yè)5.0的概念，在2020年組織了兩次針對(duì)工業(yè)5.0的研討會(huì)，并在2020年9月發(fā)布了報(bào)告《工業(yè)5.0的使能技術(shù)》[18]，在2021年1月正式發(fā)布了首個(gè)工業(yè)5.0白皮書《工業(yè)5.0：邁向可持續(xù)、以人為中心且富有韌性的歐洲工業(yè)》[19]。他們認(rèn)為工業(yè)4.0誕生10年以來，更加注重提高企業(yè)生產(chǎn)效率以及靈活的數(shù)字化、人工智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)，卻沒有注重歐洲原有的社會(huì)公平價(jià)值觀和可持續(xù)發(fā)展原則。同時(shí)，他們認(rèn)為工業(yè)4.0更偏向于一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)遠(yuǎn)景，即描述了工業(yè)將如何利用非工業(yè)環(huán)境下的、更普遍的技術(shù)進(jìn)步來更好地應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)變化的世界和經(jīng)濟(jì)。然而，工業(yè)變革的浪潮會(huì)產(chǎn)生漣漪效益，其不僅會(huì)提高工廠車間的生產(chǎn)力、改變固有的生產(chǎn)關(guān)系和生產(chǎn)模式，更會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生變革性的影響，比如對(duì)地球環(huán)境、對(duì)工業(yè)勞動(dòng)者、對(duì)社會(huì)穩(wěn)定、甚至對(duì)人類的生存發(fā)展產(chǎn)生影響。此外，突發(fā)的新冠疫情給全球的供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈帶來了巨大沖擊，引發(fā)了各國對(duì)現(xiàn)有工業(yè)體系及其運(yùn)作模式的重新思考。因此，為了給歐洲工業(yè)的未來發(fā)展和社會(huì)繁榮提供一個(gè)連貫的愿景，歐盟委員會(huì)認(rèn)為需要對(duì)當(dāng)前的工業(yè)4.0模式進(jìn)行補(bǔ)充和擴(kuò)展，需要將以人為中心、可持續(xù)發(fā)展和富有韌性等理念融入到歐洲工業(yè)的發(fā)展過程當(dāng)中，并稱之為“工業(yè)5.0”。在白皮書中，歐盟給出了工業(yè)5.0的定義：工業(yè)5.0認(rèn)識(shí)到工業(yè)的力量，通過使生產(chǎn)尊重地球的邊界，將工業(yè)勞動(dòng)者的利益置于生產(chǎn)過程的核心，從而實(shí)現(xiàn)就業(yè)和增長之外的社會(huì)目標(biāo)，穩(wěn)健地提供繁榮。 除此之外，在價(jià)值創(chuàng)造方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造是工業(yè)4.0的重要特征之一，如何充分利用所獲取的工業(yè)大數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0需要解決的瓶頸難題之一[20]。同時(shí)，工業(yè)4.0主要是通過數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)來提升產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)的效率，其支撐是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)要素互聯(lián)和業(yè)務(wù)互聯(lián)。但是，數(shù)據(jù)積累并不能產(chǎn)生價(jià)值，只有將數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔⒑椭R(shí)、進(jìn)而輔助人機(jī)進(jìn)行決策和優(yōu)化才能產(chǎn)生價(jià)值。因此，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，更多的隱性知識(shí)不斷被顯性化，工業(yè)知識(shí)也不斷積累。如何充分利用知識(shí)推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和價(jià)值創(chuàng)造將是未來工業(yè)發(fā)展的重要方向之一，而如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)知識(shí)的傳遞、分享、協(xié)同、聚類，如何構(gòu)建工業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和知識(shí)服務(wù)體系等將是需要解決的難題。同時(shí)，工業(yè)系統(tǒng)中的人、機(jī)、物之間不僅有數(shù)據(jù)和信息層面的交互，也將有知識(shí)和智能層面的互動(dòng)，比如知識(shí)分享、知識(shí)交互、知識(shí)協(xié)同、知識(shí)融合和知識(shí)學(xué)習(xí)等，這將使產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)效率躍升到一個(gè)新的臺(tái)階，也必將催生出以智慧工業(yè)為目標(biāo)的新應(yīng)用、新服務(wù)和新模式，比如社會(huì)化大規(guī)模定制[21]、個(gè)性化的自主制造等。 總體而言，工業(yè)5.0與已有的四次工業(yè)革命在理念上有不同程度的提升，并主要具有以下四個(gè)方面的特征，如圖2所示，具體包括以人為中心、可持續(xù)性、韌性和智慧性。需要說明的是，歐盟發(fā)布的首個(gè)工業(yè)5.0白皮書[19]中提到工業(yè)5.0具有以人為中心、可持續(xù)性、韌性三個(gè)特征。本文新增了一個(gè)特征：智慧性。 圖 2 工業(yè) 5.0 的四個(gè)主要特征 (1) 以人為中心：關(guān)注社會(huì)問題，回歸以人為中心的價(jià)值定位。顯然，工業(yè)的存在不僅是要促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，更是要服務(wù)于社會(huì)的每個(gè)獨(dú)立個(gè)體。以往的工業(yè)革命主要是通過機(jī)械化和自動(dòng)化的設(shè)備、人工智能系統(tǒng)、工業(yè)軟件等替代人類繁重的體力勞動(dòng)、危險(xiǎn)的生產(chǎn)活動(dòng)或部分的腦力勞動(dòng)，從而提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全性和產(chǎn)品質(zhì)量一致性等，并解放人類做一些更具創(chuàng)新性的工作。但是更高程度的自動(dòng)化技術(shù)以及以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等為代表的新一代信息技術(shù)的出現(xiàn)，也帶來了許多的社會(huì)問題甚至是倫理問題，比如人工智能系統(tǒng)是否將逐漸取代人類甚至超過人類？人類的主導(dǎo)地位是否會(huì)被機(jī)器完全取代？是否會(huì)有更多人會(huì)因此失業(yè)？這是自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度日益發(fā)達(dá)的工業(yè)4.0時(shí)代需要思考的問題。工業(yè)5.0概念的提出則給這些問題提供了清晰的答案，就是要回歸以人為中心的價(jià)值定位。不僅要確立人在生產(chǎn)制造過程和工業(yè)系統(tǒng)中的主導(dǎo)和決策地位，也要關(guān)注人的安全、舒適、就業(yè)、培訓(xùn)、技能提升等問題。 (2) 可持續(xù)性：關(guān)注環(huán)境和能源問題，注重工業(yè)發(fā)展可持續(xù)。以往的工業(yè)革命更加注重生產(chǎn)力的提升和生產(chǎn)模式的改變對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的巨大推動(dòng)作用，研究范圍往往局限在工廠和車間，對(duì)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究不夠。比如第一次工業(yè)革命推動(dòng)了手工作業(yè)向機(jī)械作業(yè)的轉(zhuǎn)變，第二次工業(yè)革命推動(dòng)了大規(guī)模生產(chǎn)，第三次工業(yè)革命推動(dòng)了更高程度的自動(dòng)化，第四次工業(yè)革命推動(dòng)了工業(yè)互聯(lián)和大規(guī)模定制化生產(chǎn)。前三次工業(yè)革命均是通過工廠和車間內(nèi)部生產(chǎn)力的提升和生產(chǎn)模式的改變來推動(dòng)生產(chǎn)效率的大幅提升，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。新一代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)4.0除了關(guān)注企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，也關(guān)注供應(yīng)鏈上下游企業(yè)間的橫向集成以及面向產(chǎn)品全生命周期的端到端集成，其關(guān)注點(diǎn)仍然是通過推動(dòng)企業(yè)的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)工廠或車間生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。隨著歐洲《綠色新政》的提出，以及非可再生能源的逐步減少和全球變暖導(dǎo)致極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)等情況，考慮環(huán)境和能源的可持續(xù)制造和綠色制造成為工業(yè)發(fā)展過程中必須重視的一個(gè)維度。回顧200多年的工業(yè)發(fā)展史，世界各國在工業(yè)化的初期多數(shù)是以破壞環(huán)境和消耗大量資源能源為代價(jià)；但是在工業(yè)化基本完成之后，環(huán)境友好、清潔低碳、資源能源的合理利用是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中必須要考慮的因素。因此，除了歐洲，中國也提出了“碳達(dá)峰碳中和”的遠(yuǎn)景目標(biāo)和計(jì)劃。所有這些都說明了工業(yè)的發(fā)展必須平衡好地球環(huán)境的邊界。 (3) 韌性：關(guān)注工業(yè)系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，以應(yīng)對(duì)類似新冠疫情等全球性突發(fā)事件。當(dāng)前的工業(yè)4.0時(shí)代是萬物互聯(lián)的時(shí)代，企業(yè)內(nèi)互聯(lián)、企業(yè)間互聯(lián)、供應(yīng)鏈互聯(lián)、產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)、人-機(jī)-物-環(huán)互聯(lián)給企業(yè)應(yīng)對(duì)各種不確定性，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場競爭力提供了可能。但是在新冠疫情出現(xiàn)之前，世界各國對(duì)于工業(yè)的韌性卻很少關(guān)注。在這個(gè)背景下，工業(yè)5.0不僅關(guān)注企業(yè)自身應(yīng)對(duì)外在不確定性因素的能力，比如市場、供應(yīng)鏈、客戶的不確定性，而且開始關(guān)注更大范圍的工業(yè)體系的韌性，比如行業(yè)、整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈、乃至一個(gè)國家或者地區(qū)的工業(yè)體系面對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力，以應(yīng)對(duì)大范圍甚至是全球性的突發(fā)事件，或者是其他國家的技術(shù)封鎖等。值得注意的是，國家也在加強(qiáng)相關(guān)工作布局，比如2021年7月中央政治局會(huì)議提出，要強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性；國家主席習(xí)近平在北京以視頻方式出席二十國集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人第十六次峰會(huì)第一階段會(huì)議時(shí)指出，要維護(hù)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定，暢通世界經(jīng)濟(jì)運(yùn)行脈絡(luò)，并倡議舉辦產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性與穩(wěn)定國際論壇。 (4) 智慧性：關(guān)注工業(yè)知識(shí)的賦能作用，推動(dòng)智慧工業(yè)建設(shè)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。工業(yè)4.0重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三大集成，即企業(yè)內(nèi)集成、企業(yè)間集成、產(chǎn)品全生命周期價(jià)值鏈端到端集成。具體包括人、機(jī)、物等生產(chǎn)要素的互聯(lián)、企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間的業(yè)務(wù)互聯(lián)，以及產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的互聯(lián)，其主要是數(shù)據(jù)和信息層面的集成與交互。隨著大數(shù)據(jù)智能、人機(jī)混合智能、跨媒體智能等新一代人工智能技術(shù)的加速發(fā)展和戰(zhàn)略性突破，基于知識(shí)流的智慧工業(yè)將成為未來工業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)。因此，如何在數(shù)據(jù)和信息集成的基礎(chǔ)上深度融合新一代人工智能和知識(shí)工程技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的流動(dòng)、互聯(lián)與協(xié)同，進(jìn)而支撐智慧工業(yè)建設(shè)和推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將是未來工業(yè)的發(fā)展方向，也必將引發(fā)百年來工業(yè)新業(yè)態(tài)、新模式、新服務(wù)、新應(yīng)用的重大變革。 因此，相比于工業(yè)4.0，工業(yè)5.0在理念上有巨大轉(zhuǎn)變，并對(duì)工業(yè)發(fā)展需要考慮的維度進(jìn)行了擴(kuò)充，除了經(jīng)濟(jì)增長，還應(yīng)包括環(huán)境、能源、資源、就業(yè)、價(jià)值觀等社會(huì)其它方面。當(dāng)然，歐盟提出工業(yè)5.0有它自身的需要，包括如何在《地平線歐洲》的基礎(chǔ)上制定更加符合當(dāng)前《歐洲綠色新政》和“為人民服務(wù)的經(jīng)濟(jì)”理念的工業(yè)發(fā)展路徑，如何應(yīng)對(duì)疫情和加劇的工業(yè)市場競爭帶來的挑戰(zhàn)等。由于理念的提升與差異，在使能技術(shù)層面，工業(yè)5.0與工業(yè)4.0相比也會(huì)存在一定的差異，同時(shí)也帶動(dòng)一些新興技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，由于工業(yè)5.0和工業(yè)4.0概念提出的時(shí)間間隔很短，有些技術(shù)兩者是共用的，甚至有些技術(shù)在工業(yè)4.0提出前就有了一定的研究，比如綠色制造、可持續(xù)制造等。需要指出的是，新理念的提出也會(huì)對(duì)已有技術(shù)的發(fā)展指明新的方向，所以從這個(gè)角度出發(fā)，工業(yè)5.0的提出也是非常必要和及時(shí)的。 2 工業(yè)5.0的內(nèi)涵 從當(dāng)前工業(yè)5.0的發(fā)展來看，其初步研究主要還是集中在概念闡述、特征分析和人機(jī)協(xié)同等方面，研討的范圍多局限在歐洲。同時(shí)，目前工業(yè)5.0主要作為對(duì)工業(yè)發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)和對(duì)工業(yè)4.0的補(bǔ)充，其研究尚處于探索階段，研究成果相對(duì)較少且缺乏系統(tǒng)性。本文總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于工業(yè)5.0的相關(guān)研究成果，提出如圖3所示的工業(yè)5.0內(nèi)涵體系框架。 圖3 工業(yè)5.0的內(nèi)涵體系框架 2.1 工業(yè)5.0的定義 綜合考慮已有的工業(yè)5.0相關(guān)解釋，筆者在歐盟白皮書對(duì)于工業(yè)5.0定義的基礎(chǔ)上，給出自己的定義：工業(yè)5.0通過使生產(chǎn)尊重地球的邊界，以及人、機(jī)、物、環(huán)在知識(shí)層面的交互、協(xié)同與融合，將工業(yè)勞動(dòng)者及其利益置于生產(chǎn)過程的核心，從而實(shí)現(xiàn)包括經(jīng)濟(jì)增長之外的多種社會(huì)目標(biāo)，穩(wěn)健地、可持續(xù)地提供繁榮的一種工業(yè)生產(chǎn)模式。 2.2 工業(yè)5.0的主要特點(diǎn) 與工業(yè)4.0具有互操作性、信息透明、分布式智能、信息物理融合等特點(diǎn)[23-24]不同，工業(yè)5.0具有其它一些特點(diǎn)，具體可歸納為：人是決策主體、人是服務(wù)對(duì)象、綠色環(huán)保可持續(xù)、未知風(fēng)險(xiǎn)可抵抗、知識(shí)互聯(lián)的智慧時(shí)代。 (1) 人是決策主體。工業(yè)5.0強(qiáng)調(diào)以人為中心，即人在生產(chǎn)過程中的核心地位，人依然是決策主導(dǎo)，機(jī)器/人工智能系統(tǒng)是輔助。人的創(chuàng)造性和應(yīng)對(duì)不確定情況的快速應(yīng)變能力是工業(yè)生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的一環(huán)，應(yīng)當(dāng)充分挖掘，從而使產(chǎn)品創(chuàng)新和質(zhì)量效率提升躍升到一個(gè)新的高度。 (2) 人是服務(wù)對(duì)象。工業(yè)5.0關(guān)注工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)的除經(jīng)濟(jì)增長之外的其他社會(huì)目標(biāo)，第一就是要服務(wù)于人。一直以來人都是工業(yè)發(fā)展和改革過程中服務(wù)的對(duì)象和中心，脫離了以人為中心的目標(biāo)就失去了工業(yè)發(fā)展和改革的意義。工業(yè)發(fā)展的目的不是要讓機(jī)器完全替代人，而是要將人從繁重的體力勞動(dòng)、危險(xiǎn)勞動(dòng)和重復(fù)性的腦力勞動(dòng)中釋放出來，從而充分保護(hù)工業(yè)勞動(dòng)者并發(fā)揮人的經(jīng)驗(yàn)與智慧；并能輔助人完成更多具有挑戰(zhàn)性的工作，或者輔助提升工業(yè)勞動(dòng)者的技能、為每一個(gè)愿意工作的人提供幫助、創(chuàng)造更多新的就業(yè)崗位等。同時(shí)，工業(yè)也應(yīng)該提供工業(yè)勞動(dòng)者更為舒適安全的工作環(huán)境，且不能破壞人類的生存環(huán)境。 (3) 綠色環(huán)保可持續(xù)。工業(yè)5.0強(qiáng)調(diào)地球環(huán)境、資源和能源約束下的工業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性，主要包括低碳制造、綠色清潔生產(chǎn)、資源高效和重復(fù)利用等三個(gè)方面。① 低碳制造：全球氣候持續(xù)變暖背景下亟需控制碳的排放量；② 綠色清潔生產(chǎn)：減少有害氣體、有害物質(zhì)的排放，減少水污染、大氣污染等對(duì)環(huán)境的破壞，同時(shí)保護(hù)工業(yè)勞動(dòng)者在生產(chǎn)過程中不受有毒氣體的危害；③ 資源高效和重復(fù)利用：全球資源有限情況下需要減少資源的消耗和浪費(fèi)，或者對(duì)資源進(jìn)行回收和再利用，推動(dòng)工業(yè)可持續(xù) 發(fā)展。 (4) 未知風(fēng)險(xiǎn)可抵抗。在全球疫情的背景下，工業(yè)的韌性就顯得至關(guān)重要。工業(yè)5.0作為未來工業(yè)發(fā)展的愿景，必須強(qiáng)調(diào)工業(yè)體系應(yīng)該具備的應(yīng)對(duì)各種不確定性因素和全球突發(fā)事件的能力，以便能夠穩(wěn)健地提供社會(huì)繁榮。 (5) 知識(shí)互聯(lián)的智慧時(shí)代。工業(yè)4.0主要強(qiáng)調(diào) 人-機(jī)-物-環(huán)在數(shù)據(jù)和信息層面的集成與互聯(lián)，并使得數(shù)據(jù)成為企業(yè)生產(chǎn)要素，促進(jìn)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展；工業(yè)5.0還強(qiáng)調(diào)人-機(jī)-物-環(huán)之間在知識(shí)層面的集成與互聯(lián)，包括知識(shí)的傳遞、分享、交互、學(xué)習(xí)與融合提升，以及工業(yè)生產(chǎn)鏈、價(jià)值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的知識(shí)匯聚、重組與體系構(gòu)建，將推動(dòng)知識(shí)成為企業(yè)生產(chǎn)要素，并推動(dòng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。這不僅將從本質(zhì)上提高工業(yè)系統(tǒng)處理復(fù)雜性和不確定性問題的能力，而且能夠催生出知識(shí)驅(qū)動(dòng)的新業(yè)態(tài)、新模式和新應(yīng)用，比如工業(yè)知識(shí)服務(wù)、工業(yè)知識(shí)協(xié)同、工業(yè)決策自動(dòng)化等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧工業(yè)，并推動(dòng)人類社會(huì)真正邁入“知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代”和“智慧時(shí)代”。 2.3 工業(yè)5.0體現(xiàn)了以人為本的核心價(jià)值觀 以往的工業(yè)革命都是通過解放生產(chǎn)力或改變生產(chǎn)模式來推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上帶來就業(yè)與繁榮，均是以經(jīng)濟(jì)增長為中心的發(fā)展模式。在整個(gè)發(fā)展過程當(dāng)中，更強(qiáng)調(diào)機(jī)器能力的大幅提升所帶來的生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的提升，比如機(jī)器的動(dòng)力來源從蒸汽到電氣，機(jī)器的操作從手工到自動(dòng)化控制，機(jī)器的決策由單一到網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)后的群智決策。隨著機(jī)器的動(dòng)力化、自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化程度的大幅提升，人在生產(chǎn)過程中的角色正在不斷削弱，大部分工業(yè)勞動(dòng)者存在失業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是工業(yè)4.0時(shí)代“機(jī)器換人”浪潮的涌現(xiàn)。同時(shí)，環(huán)境的破壞和資源能源的大量消耗也讓人類的生活生存環(huán)境受到了一定程度的破壞，極端天氣開始增多。工業(yè)5.0則改換思路，在機(jī)器能力提升的同時(shí)也要提升或者充分挖掘人所特有的能力，使得人、機(jī)器能夠同步提升，而不僅僅只是機(jī)器的提升。人作為非常重要的生產(chǎn)要素，具有極大的潛力，在工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性、敏捷性等各種能力。另外，人作為工業(yè)創(chuàng)造的主體，工業(yè)的目的應(yīng)當(dāng)是服務(wù)于人。工業(yè)5.0再次將工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)拉回到以人為中心，包括人的生存環(huán)境、人的生活環(huán)境、人的工作環(huán)境、人的個(gè)人隱私和人的社會(huì)價(jià)值體現(xiàn)等，而不僅僅是生產(chǎn)力提升和經(jīng)濟(jì)增長。 2.4 工業(yè)5.0時(shí)代的工業(yè)系統(tǒng)將是人-信息-物理系統(tǒng) 工業(yè)4.0的核心是信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合，并注重物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的工業(yè)系統(tǒng)自治能力，包括自感知、自分析、自組織、自決策、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等。在工業(yè)5.0時(shí)代，智能機(jī)器將代替人類大量的體力勞動(dòng)和相當(dāng)部分的腦力勞動(dòng)，人類則可以從事更多創(chuàng)造性的工作。這點(diǎn)與新一代智能制造的理念相似，其工業(yè)系統(tǒng)組成將是人、“信息系統(tǒng)”和“物理系統(tǒng)”的深度融合與協(xié)作的綜合集成大系統(tǒng)，即人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)。人的智慧與機(jī)器智能將能夠相互啟發(fā)、互相學(xué)習(xí)、彼此增長，從而使工業(yè)的知識(shí)型工作逐步向自主智能化方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)而突破當(dāng)今工業(yè)發(fā)展所面臨的瓶頸和困難[25-26]。 2.5 工業(yè)5.0的目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和” 工業(yè)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不能以破壞環(huán)境和大量消耗資源為代價(jià)，而應(yīng)該是可持續(xù)發(fā)展。多數(shù)經(jīng)濟(jì)體在工業(yè)發(fā)展初期均已破壞環(huán)境和消耗資源為代價(jià)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，但是在21世紀(jì)的今天，環(huán)境的問題凸顯，資源的有限也是需要面對(duì)的難題。顯然，在全球氣候變暖背景下，“碳達(dá)峰碳中和”是工業(yè)5.0要達(dá)到的一個(gè)目標(biāo)。 2.6 工業(yè)5.0是對(duì)工業(yè)4.0在技術(shù)和理念方面的雙重提升 工業(yè)5.0遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了工業(yè)4.0定義的范疇。工業(yè)5.0不僅僅包含工業(yè)4.0當(dāng)中所提到的數(shù)字世界與物理世界的深度融合即CPS，更是將人的智慧納入到其中，形成以人為核心的HCPS系統(tǒng)。不僅如此，工業(yè)5.0超出了以往工業(yè)革命只注重經(jīng)濟(jì)增長的目標(biāo)，更在環(huán)境保護(hù)、以人為中心等方面提出了新的要求，在理念上更為先進(jìn)，也更符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢和所面臨的挑戰(zhàn)。同時(shí)，工業(yè)4.0多關(guān)注集成，工業(yè)5.0在此基礎(chǔ)上對(duì)集成后的韌性和穩(wěn)健性進(jìn)行了愿景描述，是對(duì)工業(yè)4.0的一個(gè)補(bǔ)充。因此，工業(yè)5.0不僅在理念上對(duì)工業(yè)4.0有了較大的提升，注重了當(dāng)前工業(yè)發(fā)展過程中存在的突出問題，包括環(huán)境問題、就業(yè)問題、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力問題等。同樣，理念上的提升對(duì)技術(shù)也提出了更高的要求，其在技術(shù)層面也對(duì)工業(yè)4.0已有的使能技術(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展，包括機(jī)器智能與人的智慧的深度交互、人-機(jī)-物-環(huán)在知識(shí)層面的交互協(xié)同與共融、可持續(xù)制造、綠色制造、工業(yè)知識(shí)體系構(gòu)建等。 3 工業(yè)5.0與社會(huì)5.0 為解決本國存在的一系列社會(huì)問題和需要面對(duì)的挑戰(zhàn)，日本政府在2016年1月推出的“第五期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃(2016—2020)”中提到了一種新型的社會(huì)形態(tài)：“社會(huì)5.0”，也被稱為“超智能社會(huì)”。具體而言，是指人類的社會(huì)發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段，如圖4所示[22]。 圖4 人類社會(huì)發(fā)展的五個(gè)階段 在“社會(huì)”這一概念中，人們的生活保障方式直接關(guān)系到社會(huì)建設(shè)方式。后綴數(shù)字“1.0”到“5.0”，與歷次工業(yè)革命的時(shí)間尺度截然不同，而且要長得多。其中，在前工業(yè)化時(shí)期(直到18世紀(jì)末)，分別對(duì)應(yīng)“狩獵社會(huì)(社會(huì)1.0)”、“農(nóng)耕社會(huì)(社會(huì)2.0)”。“社會(huì)3.0”是一個(gè)工業(yè)社會(huì)，大致對(duì)應(yīng)第一次、第二次和第三次工業(yè)革命的部分時(shí)期。“社會(huì)4.0”的特點(diǎn)是“信息”占主導(dǎo)地位，可以說它是從第三次工業(yè)革命的高度數(shù)字化時(shí)期開始演變至今。“社會(huì)5.0”是一種對(duì)未來假想的新型社會(huì)形態(tài)，是能夠細(xì)分掌握社會(huì)的種種需求，并超越年齡、性別、地區(qū)和語言差異，將必要的物品和服務(wù)，在必要的時(shí)間、以必要的程度提供給需要的人，讓所有人都能享受優(yōu)質(zhì)服務(wù)、快樂舒適生活的社會(huì)。 社會(huì)5.0與工業(yè)5.0在某種程度上實(shí)現(xiàn)了融合交匯。雖然社會(huì)5.0與工業(yè)5.0在劃分方式、時(shí)間跨度等方面有所不同，但是兩者在出發(fā)點(diǎn)、目標(biāo)、導(dǎo)向等許多方面有相似之處，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)。 (1) 出發(fā)點(diǎn)。以人為中心。兩者提出的出發(fā)點(diǎn)均是以人為中心。工業(yè)5.0旨在突出人在工業(yè)中的主導(dǎo)地位，并解決與人相關(guān)的就業(yè)、隱私、技能培訓(xùn)、工作環(huán)境、生活環(huán)境等社會(huì)問題；社會(huì)5.0則是一個(gè)“以人為中心”的社會(huì)，其目標(biāo)就是要為人提供優(yōu)質(zhì)、高效、個(gè)性化的按需服務(wù)。 (2) 目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)問題的平衡。前四次工業(yè)革命都只注重工業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用，卻忽略了就業(yè)、環(huán)境污染、氣候變暖、資源短缺等社會(huì)和環(huán)境問題。工業(yè)5.0和社會(huì)5.0則不局限于制造業(yè)，而是要在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與解決社會(huì)問題之間取得平衡，并認(rèn)為未來的工業(yè)發(fā)展將能夠幫助應(yīng)對(duì)當(dāng)前存在的各類社會(huì)問題和疫情等未知風(fēng)險(xiǎn)。 (3) 以問題為導(dǎo)向。社會(huì)5.0是日本為解決本國存在的人口老齡化、少子化、資源能源相對(duì)匱乏等社會(huì)問題而推出的工業(yè)和社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略，旨在通過整合物理空間和虛擬空間，來應(yīng)對(duì)更大的社會(huì)挑戰(zhàn)。歐盟推出工業(yè)5.0也是期待未來歐洲工業(yè)的發(fā)展能夠符合綠色新政，并解決人的就業(yè)、隱私、技能培訓(xùn)、疫情等一系列社會(huì)問題，從而穩(wěn)健地提供繁榮。 4 工業(yè)5.0的三維體系架構(gòu) 目前國內(nèi)外對(duì)工業(yè)5.0的系統(tǒng)性研究成果較少，本文從價(jià)值維、組織維、目標(biāo)維構(gòu)建工業(yè)5.0的三維體系架構(gòu)，如圖5所示。 圖5 工業(yè)5.0的三維體系架構(gòu) 4.1 工業(yè)5.0的價(jià)值維 在研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的價(jià)值創(chuàng)造和優(yōu)化主要體現(xiàn)在產(chǎn)品創(chuàng)新方面。工業(yè)4.0主要通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)面向客戶需求的個(gè)性化定制設(shè)計(jì)或優(yōu)化產(chǎn)品的功能和性能，進(jìn)而提高產(chǎn)品的附加值；或通過研發(fā)設(shè)計(jì)模式的創(chuàng)新升級(jí)來提高產(chǎn)品研發(fā)的效率和質(zhì)量，縮短新產(chǎn)品上市周期[27]。其目標(biāo)主要是通過滿足客戶個(gè)性化需求、優(yōu)化產(chǎn)品功能和性能等手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值增值，從而提升企業(yè)的盈利能力和市場競爭力，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。工業(yè)5.0則不同，其目標(biāo)不僅僅是經(jīng)濟(jì)增長，因此需要在工業(yè)4.0的基礎(chǔ)上，通過面向環(huán)境友好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、面向可回收和再制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、基于平臺(tái)的眾創(chuàng)眾包設(shè)計(jì)、數(shù)字孿生增強(qiáng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)以人為中心、綠色環(huán)保可持續(xù)等目標(biāo)。 在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的價(jià)值創(chuàng)造和優(yōu)化主要體現(xiàn)在生產(chǎn)智能化方面。工業(yè)4.0階段主要通過具有自治能力的智能工業(yè)系統(tǒng)以及人、機(jī)、物等工業(yè)全要素在數(shù)據(jù)和信息層面的互聯(lián)等手段來全面提升車間生產(chǎn)和管理水平，從而實(shí)現(xiàn)高效、柔性、優(yōu)質(zhì)、安全生產(chǎn)，進(jìn)而提高企業(yè)對(duì)市場波動(dòng)、客戶個(gè)性需求等不確定性因素的快速響應(yīng)能力。工業(yè)5.0階段主要通過人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)的深度融合以及人、機(jī)、物等工業(yè)全要素在知識(shí)層面的互聯(lián)來大幅提升車間生產(chǎn)和管理水平，充分發(fā)揮人在生產(chǎn)過程中的創(chuàng)造力、決策力、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的快速響應(yīng)能力，并在實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的同時(shí)考慮能耗、資源消耗、有害物質(zhì)排放含量等環(huán)境指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)低碳、綠色、清潔生產(chǎn)，減少資源和能源浪費(fèi)，確保工業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。 在運(yùn)維服務(wù)階段的價(jià)值實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在服務(wù)模式融合創(chuàng)新方面。工業(yè)4.0階段一方面實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的智能化服務(wù)，如在線個(gè)性定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維、預(yù)測性維護(hù)等，另一方面實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈延伸和服務(wù)模式創(chuàng)新，如服務(wù)型制造業(yè)、云制造服務(wù)等。工業(yè)5.0階段則可以在工業(yè)4.0的基礎(chǔ)上，通過虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等手段探索出更多以用戶為中心的智能化體驗(yàn)服務(wù)，比如產(chǎn)品線上體驗(yàn)、產(chǎn)品使用和維修遠(yuǎn)程培訓(xùn)等。 在報(bào)廢回收階段的價(jià)值實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的再制造。工業(yè)4.0并沒有對(duì)產(chǎn)品的報(bào)廢與回收環(huán)節(jié)進(jìn)行過多的考慮；工業(yè)5.0一方面通過產(chǎn)品的回收利用與再制造技術(shù)來推動(dòng)綠色環(huán)保可持續(xù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，另一方面也可以提高資源利用率，減少新產(chǎn)品的制造成本。 此外，研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和運(yùn)維服務(wù)等各環(huán)節(jié)的大集成作為工業(yè)4.0的重要特征，也是工業(yè)5.0實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造和優(yōu)化的重要方面。除此以外，把產(chǎn)品報(bào)廢、回收或再制造過程納入整個(gè)集成環(huán)節(jié)將是工業(yè)5.0額外關(guān)注的重點(diǎn)。 4.2 工業(yè)5.0的目標(biāo)維 工業(yè)5.0的目標(biāo)維度代表了其相對(duì)于工業(yè)4.0關(guān)注點(diǎn)的不同。工業(yè)5.0在關(guān)注工業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率提升帶來社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)，也關(guān)注以人為中心的價(jià)值觀的體現(xiàn)、地球環(huán)境的保護(hù)以及工業(yè)的韌性。關(guān)注點(diǎn)的不同對(duì)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維服務(wù)和報(bào)廢回收等各價(jià)值鏈環(huán)節(jié)也提供了新的價(jià)值增長方向，也對(duì)使能技術(shù)提出了不同的要求。比如在經(jīng)濟(jì)增長方面，人-機(jī)-物-環(huán)在知識(shí)層面的交互、協(xié)同與共融是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一；在以人為中心方面，通過多種技術(shù)的融合構(gòu)建智能單元HCPS、智能系統(tǒng)HCPS、智能系統(tǒng)之系統(tǒng)HCPS是關(guān)鍵；在綠色環(huán)保可持續(xù)方面，綠色制造、可持續(xù)制造是關(guān)鍵；在工業(yè)的韌性方面，如何通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字孿生構(gòu)建工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈、物流鏈的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系并進(jìn)行準(zhǔn)確分析和動(dòng)態(tài)優(yōu)化是關(guān)鍵。 4.3 工業(yè)5.0的組織維 與工業(yè)4.0類似，實(shí)施工業(yè)5.0的組織維主要包括智能單元、智能系統(tǒng)和智能系統(tǒng)之系統(tǒng)三個(gè)層次。智能單元是實(shí)現(xiàn)工業(yè)5.0經(jīng)濟(jì)增長、以人為中心、綠色環(huán)保可持續(xù)和工業(yè)韌性目標(biāo)的最小單元，是由人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)深度融合而成的單元級(jí)HCPS。智能系統(tǒng)則是由多個(gè)智能單元通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成而成的系統(tǒng)級(jí)HCPS，比如智能產(chǎn)線、智能車間、智能工廠、智能企業(yè)。智能系統(tǒng)之系統(tǒng)(System of systems，SoS)是通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)、跨行業(yè)的集成，形成系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)HCPS，比如智能供應(yīng)鏈、智能產(chǎn)業(yè)鏈、智能工業(yè)、智能 社會(huì)。 在智能單元層面，工業(yè)4.0以CPS為核心，打造具有自感知、自分析、自決策、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的智能裝備，包括智能機(jī)床、智能加工中心、智能機(jī)器人、智能自動(dòng)導(dǎo)引小車 (Automated guided vehicle，AGV)等。工業(yè)5.0則以HCPS為核心，通 過人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)的深度融合，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)作、知識(shí)分享和能力提升。 在系統(tǒng)層面，以工廠為例，工業(yè)4.0主要通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人、智能機(jī)器、物料、環(huán)境的實(shí)時(shí)感知與數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性高效定制生產(chǎn)。工業(yè)5.0則不僅要實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、環(huán)等生產(chǎn)要素的數(shù)據(jù)互聯(lián)，更要實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物、環(huán)在智能層面即知識(shí)的互聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)具有“智能”的工廠。在系統(tǒng)之系統(tǒng)層面，工業(yè)4.0主要通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)間和產(chǎn)品全周期端到端的信息集成，工業(yè)5.0則要通過構(gòu)建知識(shí)圖譜實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)鏈、價(jià)值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的知識(shí)集成與互聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的智慧工業(yè)。 5 工業(yè)5.0的使能技術(shù) 歐盟在其發(fā)布的報(bào)告中[18]提到了工業(yè)5.0的六項(xiàng)使能技術(shù)，分別是個(gè)性化人機(jī)交互、仿生技術(shù)和智能材料、數(shù)字孿生和仿真、數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和分析技術(shù)、人工智能以及能源效率、可再生能源、儲(chǔ)存和自治技術(shù)。本文結(jié)合所構(gòu)建的工業(yè)5.0總體架構(gòu)，面向經(jīng)濟(jì)增長和以人為中心、綠色環(huán)保可持續(xù)、富有韌性等工業(yè)5.0的目標(biāo)，建立如圖6所示的工業(yè)5.0使能技術(shù)體系。 圖6 工業(yè)5.0的使能技術(shù)體系 來源：機(jī)械工程學(xué)報(bào) 本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載發(fā)布 中服云（www.cserver.com.cn）——長期致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及工業(yè)APP的研發(fā)和服務(wù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)業(yè)界領(lǐng)先。全力打造自動(dòng)數(shù)據(jù)采集獲取技術(shù)+數(shù)據(jù)分析價(jià)值挖掘技術(shù)兩個(gè)核心技術(shù)，基于“平臺(tái)+APPS”的產(chǎn)品架構(gòu)思想。從數(shù)字化底座、到智能化生產(chǎn)、再到生產(chǎn)環(huán)境的智能化，形成了完整的“中服云”數(shù)智化產(chǎn)品品牌。致力于業(yè)務(wù)層和物理層的深度融合，從根本上解決智能化的核心問題。 |
