供應(yīng)鏈通常是復(fù)雜的物流系統(tǒng)，依賴于供應(yīng)商、資源、熟練勞動力和制造能力的整個生態(tài)系統(tǒng)。中國在這一領(lǐng)域表現(xiàn)出色，在 5G 通信和電動汽車方面尤為明顯。此外，中國公司生產(chǎn)了世界上大部分的電動汽車電池，其工廠正在實施最先進的自動化技術(shù)。這種競爭格局被視為對其他國家市場的威脅。由此產(chǎn)生的貿(mào)易緊張局勢正在推動制造業(yè)和供應(yīng)鏈回流。

最初，大多數(shù)國家開始認真考慮在 COVID-19 大流行期間將制造業(yè)回流和自動化的作用，這嚴重擾亂了國家之間的國際供應(yīng)線。然而，由于 COVID-19，許多公司設(shè)法通過多個制造點和更短的供應(yīng)線來實施彈性，而不是回流到高工資國家。今天，情況要嚴重得多，因為關(guān)稅和地緣政治等保護主義迫使組織考慮在昂貴的國家進行制造，其中許多國家的制造資源匱乏，幾十年來已經(jīng)被掏空。

突然關(guān)稅造成的不確定性導(dǎo)致人們重新評估在哪里優(yōu)先考慮制造業(yè)回流，以及這是否可能。對于許多行業(yè)來說，除非價格大幅上漲，否則它只會太昂貴，不幸的是，這將再次推動通貨膨脹或減緩經(jīng)濟。離岸生產(chǎn)的最初原因是利用廉價勞動力和監(jiān)管較少的制造業(yè)，例如中國、印度、墨西哥和東歐。從那時起，整個生態(tài)系統(tǒng)在這些國家發(fā)展起來，如果不出現(xiàn)經(jīng)濟混亂，就無法迅速逆轉(zhuǎn)。

有幾個因素決定了生產(chǎn)是否可以回流。自動化的成本在決定高工資國家能否恢復(fù)生產(chǎn)并降低勞動力成本時至關(guān)重要。充足的資源和技能的可用性也是關(guān)鍵。其他重要方面包括本地制造的輸入材料成本、監(jiān)管環(huán)境以及經(jīng)濟高效地生產(chǎn)產(chǎn)品所需的零件和技術(shù)的可用性。具有諷刺意味的是，在美國，關(guān)稅將增加本地制造的許多輸入材料的成本。

工廠雇用數(shù)千名工人來生產(chǎn)商品的想法是過去時代的遺留物。今天，正在為未來的工廠制定標(biāo)準，通常稱為工廠 4.0，以確保現(xiàn)代化、全自動、交互式和靈活的生產(chǎn)線。 

自動化的挑戰(zhàn)

大多數(shù)工廠都有某種形式的自動化，尤其是在汽車行業(yè)。用于電子組裝的拾取和放置機器和汽車行業(yè)的焊接機器人是兩個顯著的成功例子。然而，電子制造中的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是組裝非標(biāo)準或不規(guī)則的組件，而這正是手工勞動經(jīng)常出現(xiàn)的地方。這些元件使插入機的處理和精確放置具有挑戰(zhàn)性，尤其是在電子設(shè)計變得更加復(fù)雜且不規(guī)則元件的多樣性增加的情況下。在其他行業(yè)，許多裝配任務(wù)仍然需要體力勞動，而目前的自動化技術(shù)無法解決這些任務(wù)。人形機器人可以在未來的工廠中發(fā)揮關(guān)鍵作用。其他一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括各種中斷，例如勞動力短缺、當(dāng)前技術(shù)的局限性以及生產(chǎn)線上代價高昂的停機時間。 

推進自動化技術(shù)

為了通過自動化流程提高裝配線的效率并提供快速重新配置生產(chǎn)線的能力，F(xiàn)actory 4.0 將制造和工業(yè)流程數(shù)字化，創(chuàng)造了一個系統(tǒng)可以交換信息、觸發(fā)作并自主相互控制的制造環(huán)境。在此類智能工廠中，機器、設(shè)備和系統(tǒng)相互連接，從而能夠收集實時數(shù)據(jù)、高級分析、預(yù)測性維護、數(shù)字孿生和自主決策。

解決勞動力短缺問題或在高勞動力成本經(jīng)濟體實現(xiàn)回流是自動化投資的關(guān)鍵驅(qū)動力。還需要考慮培訓(xùn)和技能提升計劃，不僅要為所需角色提供熟練勞動力，還要確保工人擁有必要的專業(yè)知識。在這里，生成式 AI 的使用被視為一種潛在的促進因素，不僅可以降低成本，還可以防止事故和機器損壞。

為了說明這一點，佐治亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一個名為 VR Co-Lab 的新虛擬現(xiàn)實 （VR） 空間，以幫助使用機器人的人類更高效地進行訓(xùn)練。在最近的一項研究中，VR Co-Lab 對員工進行數(shù)字化培訓(xùn)，以練習(xí)在不損壞材料的情況下拆卸可回收物，并學(xué)習(xí)如何避免受傷和與機器人碰撞 [1]。

為了幫助公司降低自動化的初始成本，機器人即服務(wù) （RaaS） 是一種類似于軟件即服務(wù) （SaaS） 的商業(yè)模式。RaaS 使組織能夠通過訂閱或租賃計劃訪問機器人技術(shù)，從而使他們能夠更靈活、更經(jīng)濟高效地部署、管理和擴展其機器人作。RaaS 用于自動化重復(fù)性任務(wù)，包括倉庫管理、客戶服務(wù)和復(fù)雜手術(shù)等。

制造運營管理 （MOM） 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 正在改變制造業(yè)，IIoT 支持實時數(shù)據(jù)收集和分析，以優(yōu)化 MOM 流程。MOM 涵蓋廣泛的活動，包括規(guī)劃、調(diào)度和質(zhì)量管理。同時，IIoT 專注于連接設(shè)備和系統(tǒng)，以收集來自車間的實時數(shù)據(jù)并采取行動。IIoT 與 MOM 系統(tǒng)的集成提供了更高的效率、預(yù)測性維護、改進的質(zhì)量控制和更有效的供應(yīng)鏈管理。

AI 和機器學(xué)習(xí)可以識別可能導(dǎo)致故障的細微異常，使制造商能夠在故障導(dǎo)致代價高昂的停機或損壞之前進行維修。此作過程稱為預(yù)測性維護，需要來自機器上安裝的傳感器的連續(xù)作數(shù)據(jù)流，以及數(shù)據(jù)持久性和其他信息源，例如維護記錄、故障事件、檢查記錄和工程圖表，以實現(xiàn)整體監(jiān)控。預(yù)測性維護中的 AI 可以識別傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)監(jiān)控?zé)o法輕松檢測到的模式和異常。此外，它可以采用反饋循環(huán)來隨著時間的推移而改進。

例如，Senseye Predictive Maintenance 是一個基于云的軟件平臺，它將 AI 與人類洞察力相結(jié)合，自動生成機器行為模型，以分析機器數(shù)據(jù)并預(yù)測潛在故障。它與機器無關(guān)，并使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)或新安裝的傳感器與任何資產(chǎn)、系統(tǒng)或數(shù)據(jù)源集成。Senseye 用于各種行業(yè)，包括紙漿和造紙、金屬和采礦以及制造，以提供主動維護，最大限度地減少計劃外停機時間及其相關(guān)成本。Siemens 還提供生成式 AI 功能，使預(yù)測性維護更具對話性和直觀性 [2]。 

IIoT 和 5G 將這一切聯(lián)系在一起

工廠的自動化需要機器、傳感器和計算平臺之間的通信，通常稱為 IIoT。傳統(tǒng)上，通信由基于以太網(wǎng)的協(xié)議實現(xiàn)，例如 PROFINET、POWERLINK、EtherCAT、EtherNet/IP、SERCOS III、CC-Link IE 和 Modbus TCP。然而，Wi-Fi、藍牙、Zigbee、WirelessHART 和 LoRaWAN 等無線協(xié)議正越來越多地在現(xiàn)代工廠中實施，以降低安裝和維護成本，使設(shè)備在工廠車間能夠快速移動，并促進機器和流程的遠程訪問和控制。這可以改進資產(chǎn)管理，是實現(xiàn)預(yù)測性維護的關(guān)鍵。此外，無線技術(shù)也非常適合實時數(shù)據(jù)收集和控制。然而，在無線系統(tǒng)中，安全性和干擾是關(guān)鍵問題，但可以通過仔細規(guī)劃來解決。

為了進一步推進工廠自動化，人們越來越多地考慮 5G，因為它為機器人和自動化帶來了好處，包括實時通信和提高運營效率。高帶寬、低延遲和可靠性等特性使其成為要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。通過使用 AI 和機器學(xué)習(xí)，IIoT 使用大量數(shù)據(jù)，使 5G 的速度和容量成為關(guān)鍵要求。

5G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低延遲支持更先進、更準確的自動化任務(wù)，包括使用機器人和無人機，以及遠程控制機器、流程和自動化系統(tǒng)。遠程作還減少了在危險環(huán)境中對人工作業(yè)的需求。5G 還支持快速的機器間通信，提高效率，并通過以最小的延遲在產(chǎn)品批次或類型之間切換來快速響應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求。5G 還可以輕松覆蓋廣泛的領(lǐng)域，并將智能工廠與其供應(yīng)鏈和物流連接起來。

由于 Private 5G 提供了更高的可靠性、控制力和安全性，因此它越來越多地部署在工廠和工廠中。5G 還可以輕松覆蓋大面積，并將智能工廠與其供應(yīng)鏈和物流連接起來。專用 5G 網(wǎng)絡(luò)提供專用連接，確保高性能和可靠性，同時讓制造商能夠更好地控制網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以優(yōu)化性能。然而，對于許多組織來說，推動 5G 專網(wǎng)的關(guān)鍵特征是這些網(wǎng)絡(luò)與公共網(wǎng)絡(luò)隔離，從而提高了安全性并最大限度地降低了網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險，隨著威脅級別不斷上升和國家支持的網(wǎng)絡(luò)攻擊成為常態(tài)，這是一個越來越重要的考慮因素。 

增材制造

增材制造也正在成為制造業(yè)中一種有用的技術(shù)。它擅長原型制作和制造過時的零件，但隨著技術(shù)的成熟，它正在進入工業(yè)應(yīng)用中更主流的流程。在電子產(chǎn)品中，它可以創(chuàng)建使用傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的 3D 部件，例如天線。

為了說明這一點，意大利自動化公司 Comau 正在與幾家參與數(shù)字增材制造的國際公司合作，將其技術(shù)引入需要經(jīng)濟實惠且易于使用的先進自動化的新細分市場。例如，CEAD 利用集成到其 Flexbot 系統(tǒng)中的柯馬機械臂技術(shù)，通過提供大幅面熱塑性復(fù)合材料 3D 打印，幫助全球公司徹底改變其制造流程?？埋R還與冷噴涂技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者 Titomic 合作，利用新型高性能材料實現(xiàn)大規(guī)模增材制造、涂層和維修 [3]。在另一個例子中，柯馬和 Prima Additive 聯(lián)手提供雙層激光熔覆創(chuàng)新，開發(fā)了一種高速、全自動的制動盤涂層系統(tǒng) [4]。Coma 客戶將能夠按需打印具有一致、可重復(fù)結(jié)果的部件，從而優(yōu)化材料使用、減少浪費并提高整體生產(chǎn)效率。

增材制造遠遠超出了電子制造的范圍，幾乎涵蓋了所有行業(yè)，并且是一個隨著材料和工藝的改進而快速發(fā)展的領(lǐng)域。該技術(shù)可以打印微小部件以及大幅面部件，例如船體、汽車部件或表面涂層。 

融入集成供應(yīng)鏈

集成供應(yīng)鏈不僅包括工廠，還包括原材料和貨物的庫存管理和倉儲，以及成品的調(diào)度。自動化倉儲對于監(jiān)督進出智能工廠的庫存移動至關(guān)重要。這些倉庫嚴重依賴機器人技術(shù)，尤其是自主移動機器人 （AMR），它們可以在整個設(shè)施中運輸零件和貨物。AMR 還可以與自動化系統(tǒng)連接，以最少或無需人工輸入來選擇必要的零件。5G、Wi-Fi Halow、藍牙和 LoRaWAN 等無線通信對于啟用 AMR 至關(guān)重要。這些機器人需要低延遲、準確定位、障礙物檢測、碰撞避免和快速重新路由。小型模塊化工廠和區(qū)域倉庫可以為關(guān)稅趨勢、地緣政治動蕩、流行病或自然災(zāi)害帶來的挑戰(zhàn)提供解決方案。

 展望不久的將來

智能工廠已準備好利用機器人和自動化軟件及系統(tǒng)，以最低的勞動力需求提供可重新配置的全自動工廠和供應(yīng)鏈。盡管自動化解決了當(dāng)前制造業(yè)和物流業(yè)的勞動力短缺問題，但它很可能幾乎不會導(dǎo)致就業(yè)增長。

由關(guān)稅和主權(quán)擔(dān)憂驅(qū)動的回流要求將自動化和機器人技術(shù)的成本降低到具有經(jīng)濟意義的水平。國際機器人聯(lián)合會 （IFR） 預(yù)測，物理、分析和生成式 AI 的使用將擴大，使機器人能夠更有效地執(zhí)行各種任務(wù)。例如，分析人工智能允許機器人處理和分析大量傳感器數(shù)據(jù)，以管理多品種和小批量生產(chǎn)以及公共環(huán)境中的可變性和不可預(yù)測性。物理 AI 使機器人能夠在虛擬環(huán)境中進行自我訓(xùn)練，并根據(jù)經(jīng)驗而不是編程進行作。生成式 AI 將允許機器人無縫集成到人類環(huán)境中，并查詢維護、維修和作程序的信息。盡管 IFR 發(fā)現(xiàn)人形機器人目前僅限于在工業(yè)制造中執(zhí)行單一用途的任務(wù)，但他們看到了人形機器人在物流和倉儲方面的潛力，尤其是在可以解決與成本和復(fù)雜性相關(guān)的問題的情況下 [5]。其他報告預(yù)測，人形機器人的數(shù)量將在十年或二十年內(nèi)達到數(shù)億。 

自動化是前進的方向

關(guān)稅和數(shù)字主權(quán)推動了制造和供應(yīng)鏈物流對自動化和機器人技術(shù)的需求，這反過來又促使各國推動回流。然而，由于發(fā)達經(jīng)濟體的材料和制造成本高昂，如果不顯著提高價格，這通常是不可行的。智能可重構(gòu)工廠中的自動化和機器人技術(shù)被視為推動回流、解決主權(quán)和關(guān)稅問題以及消除勞動力成本和短缺的關(guān)鍵推動因素。

為了說明自動化技術(shù)可能造成的潛在破壞，Space Forge 剛剛確認其第一顆完全在威爾士開發(fā)的太空制造衛(wèi)星成功發(fā)射。這種史無前例的在軌制造演示旨在證明在獨特的太空環(huán)境中生產(chǎn)先進材料的可行性 [6]。