第六期丨歐盟委員會“工業(yè)5.0”系列報告翻譯連載
《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)導力過渡。綠色和數(shù)字化的雙重轉(zhuǎn)型以及在全球舞臺上的競爭力需求將要求我們的工業(yè)進行改變，只有轉(zhuǎn)型才能使歐洲保持可持續(xù)性和競爭性。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)略必須把人和社會的需求放在中心。
一個創(chuàng)新、有彈性、以社會為中心的和有競爭力的尊重地球的有限資源并最大限度地減少工業(yè)對環(huán)境的負面影響的愿景，被稱為工業(yè)5.0。它帶來了與技術(shù)、社會經(jīng)濟、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，來自歐洲各地研究和技術(shù)組織和供資機構(gòu)的與會者在兩個虛擬研討會上討論了工業(yè)5.0的概念。會議的目的是獲得關(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)。雖然與會者對這一概念的名稱進行了辯論，但與會者一致認為，必須將社會和環(huán)境需要更好地納入技術(shù)發(fā)展。此外，與會者一致認為，挑戰(zhàn)的復雜性不可能由個別技術(shù)來解決，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交互，將人和機器的優(yōu)勢相互連接并結(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可回收利用功能。
③ 基于實時的數(shù)字孿生和模擬的系統(tǒng)對整個系統(tǒng)建模。
④ 能夠處理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)互操作性的網(wǎng)絡安全數(shù)據(jù)傳輸、存儲和分析技術(shù)。
⑤ 人工智能，例如檢測復雜動態(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)。
對于系統(tǒng)方法，必須考慮可以通過各自的推動因素解決挑戰(zhàn)：
① 在社會方面，必須將以人為中心的方法發(fā)展為以社會為中心的方法，處理當代挑戰(zhàn)和各種不同的需要，同時納入社會的參與，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，他們需要理解復雜的、相互關(guān)聯(lián)的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和勞動力市場系統(tǒng)。
③ 跨學科交叉（如生命科學、工程學、社會科學和人文科學）的要求是復雜的，必須用系統(tǒng)的方法來理解。
④ 在經(jīng)濟方面，必須找到維持經(jīng)濟利潤和競爭力的解決辦法以及所需的資金，例如通過發(fā)展重視生態(tài)和社會方面的各自商業(yè)模式。
⑤ 可擴展性，在確保整個價值鏈和生態(tài)系統(tǒng)，包括中小企業(yè)大規(guī)模實施的科技感。
一、導語
（一）工業(yè)5.0的概念
工業(yè)是歐洲經(jīng)濟的最大貢獻者，為整個歐洲大陸提供了就業(yè)和繁榮。歐洲工業(yè)強大，但不斷面臨各種挑戰(zhàn)。它具有很強的競爭力，但在一個日益復雜的全球化經(jīng)濟中運作。歐洲是一個穩(wěn)定的出口國，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，但在漫長的供應和分銷鏈中容易出現(xiàn)問題。在2008年至2018年期間，工業(yè)一直占歐盟GDP的20%，更具體地說，制造業(yè)為歐盟經(jīng)濟提供了約14.5%的增長率。
為了讓工業(yè)繼續(xù)為歐洲帶來繁榮，工業(yè)5.0需要適應以應對這些不斷變化的挑戰(zhàn)，這只有通過持續(xù)不斷的創(chuàng)新才有可能。歐洲工業(yè)可以進一步提高其在價值鏈不同地方的效率，增加其生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活性、敏捷性和精簡性，以迎合全球消費者迅速變化的需求，并繼續(xù)成為全球質(zhì)量的參考。
第四次工業(yè)革命的理念是通過信息物理系統(tǒng)將物理世界和虛擬世界融合起來，通過物聯(lián)網(wǎng)將人、機器和設備互聯(lián)起來。這種橫跨實現(xiàn)了整個價值鏈橫向和縱向的互聯(lián)，從客戶到供應商，橫跨整個產(chǎn)品生命周期，橫跨不同職能部門，形成了新的價值網(wǎng)絡和生態(tài)系統(tǒng)。增值的創(chuàng)造可以更有效率、更個性化、更高質(zhì)量、以服務為導向、更可追蹤、更有彈性和更靈活。同時將以不同的方式連接到生產(chǎn)，從而形成一個覆蓋整個生命周期的集成鏈。工業(yè)5.0將在經(jīng)濟、生態(tài)和社會三方面產(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)革命中通過水力和蒸汽動力實現(xiàn)機械化，在第二次工業(yè)革命中實現(xiàn)電氣化，分工和批量生產(chǎn)，在第三次工業(yè)革命中實現(xiàn)IT，電子和自動化技術(shù)。工業(yè)4.0重點關(guān)注網(wǎng)絡物理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)，以及在提及該概念時提到的其他技術(shù)。取而代之的是，工業(yè)5.0應該以支持和培育與社會和生態(tài)相關(guān)的價值觀為基礎。
來自歐洲各地的研究和技術(shù)組織的代表舉辦了兩個虛擬研討會，討論工業(yè)5.0的概念，其初步定義是：工業(yè)5.0通過使生產(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)過程的中心，認識到工業(yè)在實現(xiàn)就業(yè)和增長以外的社會目標方面的力量，從而成為繁榮的促進者。
（二）工業(yè)5.0術(shù)語與概念評析
與會者的討論是從懷疑該術(shù)語的適用性和工業(yè)5.0的概念開始的。
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)展說成是第五次工業(yè)革命時，可能會導致潛在的混淆。前幾次工業(yè)革命的發(fā)展需要幾十年才能展開，而工業(yè)4.0是在2011年首次被描述出來的。工業(yè)4.0作為一個概念已經(jīng)被描述為相當營銷驅(qū)動的，所以在如此短的時間之后再次使用這個術(shù)語可能會擴大這種看法。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)動的發(fā)展將是一場單獨的工業(yè)革命，這就提出了這樣一個問題，即這是否會以社會和生態(tài)價值為中心。
第二，圍繞社會和生態(tài)價值而不是圍繞技術(shù)創(chuàng)建工業(yè)5.0的概念，擾亂整個工業(yè)革命的概念，可能會導致誤解。這可能會把發(fā)展從技術(shù)能力的角度轉(zhuǎn)向政治的角度。價值觀的概念，更重要的是，對于哪些價值觀被認為是重要的以及如何理解這些價值觀，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、社會和生態(tài)的價值觀。此外，高度個性化的產(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的一個中心特征。自從引入這一術(shù)語以來，一些技術(shù)被貼上了“工業(yè)4.0”的標簽，而沒有提及經(jīng)濟利益之外的更廣泛目的。然而，允許人機交互的技術(shù)，如增強和虛擬現(xiàn)實以及協(xié)作機器人技術(shù)，是工業(yè)4.0概念的一部分，一直被應用于各大洲和并不斷創(chuàng)造價值。
第四，特別相關(guān)地，工業(yè)4.0在很大程度上仍在擴展。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)的大范圍實施還很遠。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所要實現(xiàn)的是整個供應鏈的全面橫向和縱向一體化，在大多數(shù)工業(yè)價值鏈中仍遠未實現(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。
總而言之，工業(yè)4.0的幾個理念似乎在一個新的術(shù)語下重新煥發(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,或者正如一位與會者所稱的“工業(yè)4.1”。然而，在兩次討論結(jié)束時，大家達成了一個明確的共識，即有必要在工業(yè)4.0的概念中增加一個價值層面。
會者一致認為，不應將工業(yè)5.0理解為對現(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)為基礎的，而是以價值為中心的，例如以人為中心、生態(tài)或社會效益。這種范式轉(zhuǎn)變的基礎是這樣一種觀念：技術(shù)可以朝著支持價值的方向發(fā)展，而技術(shù)變革可以根據(jù)社會需要進行設計，反之亦然。這一點尤其重要，因為第四次工業(yè)革命中正在進行的社會發(fā)展改變了價值創(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社會和生態(tài)價值而積極設計的系統(tǒng)的一部分，而不是決定社會發(fā)展的技術(shù)。例如，所使用的技術(shù)的主要重點不應是取代車間的工人，而是支持工人的能力，并導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。這個術(shù)語還與日本的社會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)的社會發(fā)展。工業(yè)5.0補充并擴展了工業(yè)4.0的標志性功能。其關(guān)鍵層面是納入一套更廣泛的價值觀，特別是將以人為中心的觀點擴展到以社會為中心的觀點。這也增加了治理的復雜性和要求，如第3節(jié)進一步解釋的那樣。
此次討論特別強調(diào)了工業(yè)5.0的以下特點：將人與技術(shù)技能和力量結(jié)合起來，使工業(yè)和工業(yè)工人互惠互利，而不是技術(shù)取代人，而是對人的補充。這使得工作環(huán)境更安全、更令人滿意、更符合人體工程學，在這種環(huán)境中，人們可以利用自己的創(chuàng)造力解決問題，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)如何支持人類價值和需求的倫理理論來選擇技術(shù)，而不僅僅是基于它們從純技術(shù)或經(jīng)濟角度所能實現(xiàn)的目標。諸如人機接口、人腦能力與人工智能的融合或與機器人和機器的協(xié)作等技術(shù)被用于產(chǎn)生產(chǎn)品和服務。這些產(chǎn)品和服務可以進一步根據(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)濟等概念。
雖然工業(yè)5.0概念的開發(fā)是在Covid-19之前開始的，但可以認為這是一個典型的挑戰(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，退貨和引進等。主權(quán)能力的概念與精益原則和生產(chǎn)力驅(qū)動的理論形成對比。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展業(yè)務。創(chuàng)新和價值創(chuàng)造必須面向需求和需求，要求組織和社會變革朝著融合學科，思維定勢，領(lǐng)導能力和決策以及遠離組織孤島，推進諸如共享經(jīng)濟之類的概念發(fā)展。此外，對技術(shù)的信任，必須通過鼓勵客戶對其使用的技術(shù)和產(chǎn)品做出明智的決定，來增強網(wǎng)絡安全和數(shù)據(jù)保護。此外，個人對新技術(shù)的信任程度隨著操作能力的提高而增加，因此需要在整個供應鏈中進行大量的培訓和技能提升。最后，將目前占主導地位的技術(shù)確定性理論發(fā)展為基于聯(lián)合價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的實現(xiàn)必須依靠一套復雜的系統(tǒng)，將智能材料與嵌入式生物傳感器相結(jié)合。因此，以下每一個類別只有與其他類別結(jié)合起來，作為系統(tǒng)和技術(shù)框架的一部分，才能發(fā)揮其潛力。
（一）個性化人機交互
把人和技術(shù)聯(lián)系起來即：把人的創(chuàng)新和機器的能力結(jié)合起來。以下技術(shù)支持人類完成物理和認知任務：
① 多語種語音手勢識別與人類意圖預測
② 員工身心緊張和壓力的跟蹤技術(shù)
③ 機器人技術(shù)：協(xié)作機器人('cobots')，它與人類一起工作并幫助人類
④ 增強、虛擬或混合現(xiàn)實技術(shù)，特別是用于培訓和包容性的技術(shù)
⑤ 增強人的身體能力：外骨骼、仿生工作裝置和安全設備
⑥ 增強人類的認知能力：將人工智能和人腦的優(yōu)勢相匹配的技術(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
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 適應性/響應性人體工程學和表面特性
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)、測試產(chǎn)品和過程并檢測可能的有害影響，例如：
① 產(chǎn)品和過程的數(shù)字化孿生體
② 產(chǎn)品和過程的虛擬模擬和測試（例如，以人為中心、工作和操作安全）
③ 多尺度動態(tài)建模與仿真
④ 環(huán)境和社會影響的模擬和測量
⑤ 信息物理系統(tǒng)與整個系統(tǒng)的數(shù)字孿生
⑥ 計劃維護
（四）數(shù)據(jù)傳輸、存儲和分析技術(shù)
需要節(jié)能和安全的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和分析技術(shù)，其特性如下：
① 網(wǎng)絡化傳感器
② 數(shù)據(jù)和系統(tǒng)互操作性
③ 可擴展、多層次的網(wǎng)絡安全
④ 網(wǎng)絡安全/安全云IT基礎設施
⑤ 大數(shù)據(jù)管理
⑥ 可追溯性（例如，數(shù)據(jù)來源和規(guī)范的實現(xiàn)）
⑦ 學習過程的數(shù)據(jù)處理
⑧ 邊緣計算
（五）人工智能
人工智能，如今仍然經(jīng)常指的是先進的相關(guān)分析技術(shù)，必須在幾個方面進一步發(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)絡效應
③ 在沒有人力支持的情況下對新的或意外的情況作出反應的能力
④ 群體智能
⑤ 腦-機接口
⑥ 以個人為中心的人工智能
⑦ 知情深度學習（專家知識結(jié)合人工智能）
⑧ 人與任務的技能匹配
⑨ 安全高效的人工智能
⑩ 在一個系統(tǒng)的系統(tǒng)中處理和發(fā)現(xiàn)不同來源和尺度的動態(tài)系統(tǒng)中復雜的、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)需要大量的能源來運行，因此需要以下技術(shù)和特性來實現(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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