5項顛覆性技術(shù)引領(lǐng)未來制造業(yè)發(fā)展

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)濟論壇（WEF）啟動“塑造制造業(yè)未來”項目研究，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。項目由來自12個國家的大型企業(yè)、領(lǐng)先研究機構(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。

該項目選取對當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)具有重要影響的60余項技術(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，通過文獻檢索、采訪、研討等方式，最終確定5項可塑造未來制造業(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：加速價值創(chuàng)造》白皮書，對上述5項顛覆性技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、未來實施障礙、對制造業(yè)的影響，以及這些技術(shù)融合發(fā)展對全球生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合性影響等方面進行了詳細分析。

1 5 項顛覆性技術(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)。但實際上，物聯(lián)網(wǎng)是一項始于十幾年前、漸進式發(fā)展的技術(shù)。過去10多年，社會在傳感技術(shù)成本直線下降、計算能力提升、云平臺數(shù)據(jù)交互能力提升、機器通信能力提升等的聯(lián)合作用下，推動相對獨立的生產(chǎn)技術(shù)（側(cè)重于信息技術(shù)）、運營技術(shù)（Operation Technology, OT）、自動化技術(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)平臺正在持續(xù)發(fā)展，多個有競爭力的技術(shù)公司正在面向多個工業(yè)部門研究構(gòu)建具有競爭力的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

圖1 信息技術(shù)與生產(chǎn)運營技術(shù)的融合發(fā)展歷程

1.1.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

研究者重點強調(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行方式，還能實現(xiàn)跨供應(yīng)鏈的端到端實時可見，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，重點投資領(lǐng)域包括：資產(chǎn)跟蹤、基于狀態(tài)的維護和機器人處理。目前，北美地區(qū)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，但預(yù)計到2020年亞太地區(qū)將占據(jù)更大的市場份額（預(yù)計超過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)制造資源實現(xiàn)更加緊密集成，實現(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中遠期目標(biāo)，實施比較復(fù)雜，需要建立新的標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)信息技術(shù)和運營技術(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)場采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成可實時操作的信息，預(yù)期成果將更好的支持業(yè)務(wù)決策。

三是增強操作人員能力。未來的操作工人通過使用移動設(shè)備、數(shù)據(jù)分析設(shè)備、增強現(xiàn)實和互聯(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，一些需要勞動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，更年輕的工人可以通過熟悉的方式，實時獲取其所需信息。

1.1.2 未來實施面臨的障礙

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)施還沒有實現(xiàn)互聯(lián)。為實現(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)對于實現(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行數(shù)據(jù)交互尤為重要。標(biāo)準(zhǔn)超越了簡單的通信協(xié)議，包括創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)語義和結(jié)構(gòu)，以使智能機器能夠相互發(fā)現(xiàn)并進行互操作。此外，對于物聯(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)動互聯(lián)經(jīng)濟的解析機（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，機器也不再僅僅是簡單的回答人類提出的問題，還可以指導(dǎo)人類提出更有價值的問題，然后機器更快速地提供更有見地的答案。

人工智能、機器智能將對公司、供應(yīng)鏈以及生產(chǎn)架構(gòu)產(chǎn)生深遠的影響，還可能會對社會、職業(yè)、財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別、本體推理(ontological reasoning)等（如圖2所示）。這一進步很大程度上取決于計算能力、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)算法這3方面。自動化的圖像分類和識別技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展取得很大進步，其識別精度從85%提高到95%（人類的圖像識別精度平均在93%），通過專業(yè)的圖像處理單元芯片進行圖像分類和識別，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，計算和存儲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

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)動態(tài)。雖然很難預(yù)計未來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，人工智能技術(shù)將創(chuàng)建和改變不同領(lǐng)域的價值主張，主要表現(xiàn)為：①公司將通過人工智能技術(shù)來實時處理客戶的個人喜好，進而能夠快速定制個性化的產(chǎn)品和服務(wù)；②客戶也逐漸對商標(biāo)沒有概念，更愿意為個性化產(chǎn)品買單；③組織的層級結(jié)構(gòu)也變得更加有效；④大型跨國公司和機構(gòu)將使用人工智能技術(shù)快速評估、預(yù)測并仿真各種決策。

目前，企業(yè)正快速向人工智能邁進，圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行研發(fā)投資。研究采用先進分析技術(shù)進行資產(chǎn)性能管理和運營優(yōu)化，人工智能正在改進汽車行業(yè)的安全性和可達性，通過使用智能調(diào)度軟件，使生產(chǎn)過程具有實時可見性。人工智能系統(tǒng)正在實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)更高級別的優(yōu)化，如預(yù)測性維護、改進質(zhì)量管理等。

1.2.2 未來實施面臨的障礙

人工智能受倫理道德、法律法規(guī)和經(jīng)濟等因素的限制，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關(guān)鍵問題。對于工業(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)對工業(yè)應(yīng)用中不可避免的薄弱環(huán)節(jié)。

1.3 先進機器人

在推動新一輪工業(yè)革命發(fā)展的眾多數(shù)字化技術(shù)中，先進機器人技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出其能顯著改變整個價值鏈的重要作用。據(jù)估計，當(dāng)前在全球生產(chǎn)系統(tǒng)中運行的工業(yè)機器人達180萬臺，工業(yè)機器人在全球市場份額可達近35億美元。機器人功能在不斷增加的同時，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機器人來提高生產(chǎn)力。機器人的柔性和智能化水平促進其在食品飲料、生活消費品、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)域也成為目前機器人銷售份額持續(xù)增加的重要推動力。

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，以確保機器人技術(shù)能夠持續(xù)發(fā)展，提供更廣泛的社會和經(jīng)濟效益。

1.3.1 生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

機器人技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是能實現(xiàn)協(xié)同、自我感知、自動控制、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”機器人，使其能夠從傳統(tǒng)上出于安全考慮人機分離的工作模式發(fā)展為人機協(xié)同的工作模式。采用更為先進的視覺系統(tǒng)使機器人具備更好的自我感知能力，在自動化、協(xié)同的工作環(huán)境中安全性更高。改進的機械手抓取技術(shù)將更接近人手功能，可極大提高機器人末端執(zhí)行器的功能。此外，經(jīng)增強的機器學(xué)習(xí)功能直接影響人工智能水平，可實現(xiàn)更好的制造過程。

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

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

與機器人應(yīng)用有關(guān)的話題都不可避免的會涉及到未來勞動力問題。在生產(chǎn)中應(yīng)用機器人的主要原因之一是隨著機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作業(yè)的要求。此外，其他一些驅(qū)動因素也不斷克服著推動先進機器人技術(shù)實施應(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值的工作任務(wù)。在整個供應(yīng)鏈中，機器人和自動化技術(shù)的發(fā)展能夠帶來非凡的效率，這對于保持和提升企業(yè)競爭優(yōu)勢具有重要作用。在數(shù)字經(jīng)濟時代，機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)對消費需求的轉(zhuǎn)變能力，并可實現(xiàn)“準(zhǔn)時生產(chǎn)”。此外，人們觀念正逐步轉(zhuǎn)變，機器人的應(yīng)用正從大型制造廠向著更能滿足需求、相對小型化、地方化的制造工廠發(fā)展。

1.3.1 未來實施面臨的障礙

目前廣泛采用機器人主要存在三方面的障礙：技術(shù)壁壘、實施應(yīng)用成本高和人才短缺。機器人技術(shù)還有很大發(fā)展空間，特別是在開放環(huán)境下，視覺和機械手抓取技術(shù)等尚需改進。有些企業(yè)對尚未成熟、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)，因為這會直接影響到投資決策。高投資成本會阻礙許多新興的中小企業(yè)應(yīng)用機器人解決方案。到2025年，點焊機器人的平均成本預(yù)計將降低22%，并且機器人作為一種服務(wù)形式也逐漸顯現(xiàn)；然而，為了能夠降低機器人成本，也需要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和實施應(yīng)用方面進行改進。此外，在勞動力水平方面，機器人技術(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成功實施應(yīng)用機器人技術(shù)帶來很大障礙，人對應(yīng)用機器人的接受度以及人機協(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，增強現(xiàn)實（AR）、虛擬現(xiàn)實（VR）等創(chuàng)新技術(shù)。

增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當(dāng)前主流的可穿載技術(shù)，已成為繼計算機和智能手機之后的又一個計算平臺。在某些生產(chǎn)領(lǐng)域，增強現(xiàn)實技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(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、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實設(shè)備在質(zhì)量檢測、作業(yè)指導(dǎo)、培訓(xùn)、工作流程管理、運行和安全、后勤和維護等方面展現(xiàn)出很大的應(yīng)用價值。當(dāng)前，可穿戴式外骨骼、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實設(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、石油和燃氣等。

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)過程中的多個方面帶來有益價值（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一步提高生產(chǎn)能力；能減少安全事故的發(fā)生，這一點尤為重要；通過減少停工時間、制造缺陷和浪費可減少質(zhì)量變異，同時縮短交付周期；可提升設(shè)計能力，縮短產(chǎn)品交付周期并降低研發(fā)成本，同時提高產(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)中的勞動力。美國高技能制造工人的平均年齡是56歲，而印度每年大約有1000萬年輕人進入到勞動力市場。對全球制造商而言，越來越重點考慮的是提升人員技能，經(jīng)驗豐富的操作人員能夠快速高效地將知識傳授給缺乏車間實際操作經(jīng)驗的年輕人。過去，操作人員的培訓(xùn)通過紙質(zhì)版的操作手冊或人機可視化屏幕進行傳授。如今，通過采用增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術(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)的評價要素

1.4.2 未來實施面臨的障礙

企業(yè)在考慮是否用可穿戴技術(shù)時，都需要先解決若干因素。通常潛在用戶主要會關(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的巨大潛力。第二，應(yīng)用時機問題。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)備的適用性和實用性都越來越高。企業(yè)通過實用案例分析，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)備的好時機。第三，企業(yè)需要權(quán)衡考慮實際應(yīng)用成本和可取得的收益。許多試點應(yīng)用實例已證實可取得很豐富的投資回報。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這些技術(shù)能否給企業(yè)帶來效益的信心。第四，實施應(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)是先從試點項目開始的，在軟件、硬件、內(nèi)容等方面可能會增值的領(lǐng)域，分別按件、按功能試用。最理想的應(yīng)用場合在整個企業(yè)內(nèi)得到反復(fù)使用，隨后的應(yīng)用將以試點應(yīng)用項目為基礎(chǔ)并不斷優(yōu)化。

就可穿戴設(shè)備、增強現(xiàn)實技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)而言，增強現(xiàn)實技術(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)實技術(shù)在使用中還存在一些技術(shù)壁壘。使用者的經(jīng)驗與硬件（電池壽命和物理特征）、軟件（云和存儲、增強現(xiàn)實平臺和追蹤技術(shù)）等方面的改進，將有助于促進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)的意識也將成為進一步擴大其應(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，有助于價值鏈向更為簡化、自動化和分散化等方向發(fā)展。促進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)動機部件）；③減少制造一件產(chǎn)品所需零部件數(shù)量；④工作流越來越簡化。

3D打印技術(shù)是一種變革性技術(shù)，并不是因為其能替代傳統(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)互為補充，變革了產(chǎn)品設(shè)計模式，創(chuàng)造新的價值。3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用是可實現(xiàn)產(chǎn)品定制化，這對于小批量、高價值部件十分重要。

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展到小批量生產(chǎn)，以及工裝和模具、維修和維護等應(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)制造方法相對的盈虧平衡點方向發(fā)展（如圖5所示），整個企業(yè)價值鏈都能感受到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)可能會與其他技術(shù)相結(jié)合實現(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 未來實施面臨的障礙

3D打印技術(shù)幾乎不浪費原材料，還能回收利用原材料，有助于創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟。不過，該技術(shù)還需克服為此在成本和產(chǎn)品設(shè)計方面的障礙。此外，標(biāo)準(zhǔn)對提供一個開發(fā)框架是一項重要需求，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械性能，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的方法，以保障測量和監(jiān)測的可靠性和精確性。

另外，3D掃描技術(shù)專利保護和版權(quán)侵犯問題也對該領(lǐng)域構(gòu)成很大威脅。建立相關(guān)法律法規(guī)，以防出現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)問題，是支持和鼓勵在3D打印領(lǐng)域進一步投資和創(chuàng)新發(fā)展的必要條件。

有效實施應(yīng)用3D打印技術(shù)需要重新培訓(xùn)人員，因為在數(shù)字化設(shè)計、打印機操作與維護等專業(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，提高對設(shè)計的關(guān)注度，簡化制造結(jié)構(gòu)。此外，政府的資金支持和稅收刺激政策也是鼓勵該行業(yè)發(fā)展的重要因素，同時也能促進3D打印技術(shù)具有更有競爭力的成本結(jié)構(gòu)。

2 技術(shù)融合發(fā)展

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

2.1 對工廠車間的價值

技術(shù)融合發(fā)展將能使工廠車間的整個運營效率提高、運營成本降低。預(yù)計運營效率可提高10%以上，庫存運輸成本降低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)運行將實現(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。

要實現(xiàn)這一遠景，生產(chǎn)者必需將未來工廠作為核心戰(zhàn)略并進行投資，要升級改造傳統(tǒng)設(shè)施，進行相應(yīng)的勞動力技能培訓(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 對企業(yè)的價值

技術(shù)發(fā)展將能增強企業(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)濟效益巨大，預(yù)計到2030年，定制化產(chǎn)品消費將占到50%以上，由此帶來的相關(guān)稅收將增長約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)將促進供應(yīng)鏈的同步化，并降低供應(yīng)鏈風(fēng)險。

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)對企業(yè)所面臨的全新的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。

2.3 對工業(yè)產(chǎn)業(yè)的價值

圍繞汽車、化學(xué)、制藥、消費等4大類特定產(chǎn)業(yè)，技術(shù)發(fā)展將創(chuàng)造3類價值：一是在需求側(cè)，將能擴大需求，創(chuàng)造新的價值和利潤池；二是在供給側(cè)，技術(shù)發(fā)展將促進工業(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)展將帶來同時兼顧經(jīng)濟增長和效率提高的新經(jīng)驗和新價值主張。

2.4 對社會的價值

目前，針對技術(shù)發(fā)展對經(jīng)濟增長、就業(yè)、財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)為加速價值創(chuàng)造對環(huán)境影響的潛力最大。預(yù)計技術(shù)發(fā)展會快速推進可持續(xù)生產(chǎn)， 在汽車、消費品、電力、物流、醫(yī)療這5大領(lǐng)域，2016～2025年CO2減排可達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 對個人的價值

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)勞動力及工作環(huán)境也逐漸興起。在工廠車間，自動化技術(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整個業(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，高技能操作員與機器人實現(xiàn)協(xié)同工作。機器輔助的工作以及先進的人機交互技術(shù)，將實現(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)方式對于可持續(xù)的經(jīng)濟增長和創(chuàng)新尤為重要，各國政府、企業(yè)都非常關(guān)注。除已經(jīng)確定的5項顛覆性技術(shù)外，在生產(chǎn)領(lǐng)域還有其他一些研究重點，如先進材料、面向可維護性設(shè)計、能源、生物技術(shù)、納米技術(shù)等。

“塑造制造業(yè)未來”項目將繼續(xù)對一些單項或融合發(fā)展的技術(shù)持續(xù)關(guān)注，繼續(xù)評估這些技術(shù)的重要影響，還將開發(fā)一些創(chuàng)新的、獨特的見解和工具，協(xié)助各國政府和企業(yè)更好地理解新一輪工業(yè)革命，以進行相應(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.