AI引领“第四次工业革命”浪潮 人机结合将重塑现代制造业

现在的公立学校教育在很大程度上要归功于第二次工业革命。当19世纪70年代工业革命发生时，即在第一次工业革命结束的30年之后，美国有一半的人口仍然在田地里劳作。

当时教育通常是自愿的——只要一个家庭足够富裕以负担家教或学费，而且通常只有男孩才可以上学。

随着商业化肥和内燃机的发展，生产力发生了爆炸式的增长，而农民的数量却减少到不到总人口的2%，这减少了对童工的需求，使男孩和女孩从劳作中解脱出来，从而赋予了他们接受义务教育的机会。

“当时的政府认识到了需要发展公共教育，”惠普3D打印和高级应用全球主管蒂姆•韦伯表示，“基本上是为了提高人们的技能水平，以适应工业革命。”

目前，世界正处于由信息和自动化驱动的第4次工业革命浪潮中。与以往的革命一样，今天的科技进步正通过生产力的提高逐渐改变世界，很可能对现有的行业和劳工待遇产生颠覆性的影响。

人工智能和机器学习系统不仅从根本上改变了我们与计算机和数据交互的方式，也正在改变现代世界的制造业发展。

自亨利·福特时代以来，我们一直在使用机器人来在装配流水线上协助（并在一定程度上取代）人类。从逻辑上讲，自动化和人工智能只是这个进程的下一步。

机器人可以扮演各种各样的角色，无论是在最初的设计和原型阶段，还是在最终的生产和运输阶段。

生产线上沉默不语的、通过预先设定的编程日复一日地重复焊接工作而从不出错的机器人的时代即将过去。在未来的工厂里，机器人将遍布整条供应链——当然，需由人类监督——但它们可能与现在你所见到的、操作的机器无一丝一毫的相似。

“我相信我们将会看到本地化生产。”韦伯说。他认为，与单一的工业中心相比，由于自动化加工，我们将能够配置更多、更小的生产设施，而且这些设施比以前更接近于他们的客户群体。

“我认为它就像亚马逊的市场。”韦伯说，来自世界各地的公司聚集在那里，在亚马逊的旗帜下做生意。韦伯设想有一天，你想买的烤箱的设计者可能住在立陶宛，但当你按下订单按钮时，烤箱就会在当地的生产设备上打印出来，送到你手中。

图：惠普射流熔融3D打印机正在工作

没有焦躁，没有混乱，没有国际关税或运费。

“通过3D打印、快速自动化、人工智能、先进的IT系统，”韦伯说，“所有这些最终都将使制造业再次本地化。”

但这并不像在店面里安装3D打印机那样简单就可以收工了。

“在考虑拥有智能制造系统之前，你需要拥有智能机器。这些机器收集和生产人工智能所需的数据，” 在最近的工业设计与工程展览会举办的一次小组讨论中，该公司首席战略官Vibhu Bhutani说，“下一个模块是建立一个平台，这些智能机器可以在此互相连接，并将数据存储到云服务中。”

“这些数据需要通过数据分析平台来存储，并应用到智能机器可以理解的可操作指令中。” Bhutani补充道。

他最后做出总结:“这些一个个制造模块连接起来成为一条整体的制造链，一旦建成，你就可以使用智能制造了。”

如果韦伯有发言权的话，这些智能机器很可能会被用来附加加工。

“多年来，惠普一直致力于3D打印。” 韦伯说，“但我们从来没有把它投入市场，这是有原因的。”原因是缺乏真正的颠覆性产品创新，并且市场相对较小。

但当该公司开发出其射流熔融打印系统时，情况有所改变。韦伯解释说，根据该公司的说法，该系统能以比其他3D打印系统快10倍的速度胜任产品生产，因此，惠普立刻就可以从60亿美元的原型市场迈向生产市场，而这个新市场每年的价值估计为万亿美元。

但在惠普（或其他任何公司）抓住这个机会之前，韦伯说，首先必须满足六个因素。

生产能力

正如Bhutani指出的那样，你首先需要的是能够在你需要的范围内生产的物理机器。

“你必须有能胜任制造产品任务的机器，”韦伯说，“人们将会把这些机器投入运行，而不是仅仅在你的车库里买一件价值500美元的东西，他们要的是一台可以作为工厂的一部分运行的机器。”

更广泛的材料种类

其次，该行业需要大幅拓展其应用的材料种类。目前的注塑工艺与5万种不同的材料兼容，其中很多都是专门针对特定的产品。3D原型系统平均使用大约六种材料。

扩大这些材料的范围将有利于这个行业生产日益多样化的产品。

价格

虽然惠普的3D打印机速度很快，但成本仍比使用传统的生产方法高得多——高出大约两个数量级。

设计质量

随着3D打印技术的普及，我们将开始看到产品的结构设计方式也在发生变化。过去需要焊接和铆接的部件，现在已经可以作为一个整体打印出来。

供应链和监管改革

供应链和监管改革分别是第五和第六因素。

惠普正面临着与美国海军陆战队一样的挑战，即附加加工方面对其供给线的影响。不再需要运输、库存和储存替换零件是现代供给线的对立面，也是一个颠覆性命题。

更重要的是，惠普还不得不担心一些海军陆战队不必担心的问题，比如税收。

“航运、仓储和存货，这些经济问题将作为工业革命的一部分发生改变。”韦伯说。

他说:“我认为，机械工程师和世界设计师——那些懂得如何制造东西，如何让它们看起来漂亮、实用的人——这样的工作将会需求更多人才。”

“我们将会有更多的机会来定制和寻找新的方法，所以工程师和设计师的需求只会增加，不会减少。”

经济不会是唯一改变的事物，人类工人的角色也同样如此。不是我们所有人都会被机器人取代工作，但这个过程已经开始了。

2015年，伦敦经济研究中心的一项研究发现，事实恰恰相反——自动化实际上是在帮助提高生产率，而不是减少工作机会。

“我认为这将会产生一个积极的效果，这将增加人类创新的数量，” 技术和专利法律师Ngai Zhang如此告诉IDE展示小组的观众，“人工智能系统和人类之间存在合作的机会，取代人类并不是必然发生的事情。”

当然，最无聊、最重复性（也是最便宜的）的工作将被外包给机器人，但显而易见，看起来并没有任何人想做这种工作。此外，它还为人们提供了新的工作机会。

韦伯说：“你将会需要更多训练有素的技术人员来操作机器、维护机器，并保持工厂的顺利运转。”

罗彻斯特大学机器人和人工智能实验室主任托马斯·霍华德倾向于同意这一观点。他的实验室最近训练了一个Baxter装配机器人来理解和回应自然语言指令。

当对其给出“在右边的5个齿轮上取出中间的齿轮”的指令时，机器人会首先将音频指令转换成文本，然后再决定它在工作环境中的移动方向。

安装在Baxter的手臂上的摄像机能快速准确地识别出应取出的正确齿轮。这样一个系统可以帮助未来的工厂工人与AI内核驱动的电脑助手进行合作。

“一个可重复精确工作的机器人系统和一个人，他们分别扮演的角色十分明确，”霍华德说，“通过让一个人更直接地与机器人系统对话，我们可以使装配过程或物流过程变得更加高效。”

麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员最近公布了他们类似的努力，他们将其称为ComText——就像“上下文中的命令”一样。

麻省理工学院的ComText用一个Alexa API来解释用户的命令，而不是让机器人浪费CPU周期来抄写和解释命令本身。这种技术与任何其他虚拟助手所使用的技术基本相似。

你告诉它，“Alexa，告诉机器人去捡我刚刚放下的那盒饼干”，然后Baxter就会遵照指令执行。

ComText系统能够理解并对新的场景做出反应，因为它的机器学习机制不仅仅是对语义数据的研究（比如“天空是蓝色的”），还包括情景数据——具体来说，是它从以前的经验中学到的。

因此，如果你举起一个锤子，告诉它“这个锤子是我的工具”，系统会在它看到的锤子和它的知识数据库的“我的工具”之间添加数据连接。

但是,如果你把锤子放在工具箱里，然后告诉系统“捡起我刚刚放下的那个工具”，系统不仅会理解你所提到的工具是锤子（语义），也会知道应该去工具箱中寻找它，因为它刚刚看见你把锤子放在了那里（情景）。

尽管机器人在过去几年里取得了令人印象深刻的机动性和自主性，但科学和人工智能实验室的研究员和ComText研究的共同主要作者Rohan Paul表示，“还缺少的部分是机器人无法理解高级概念。如果机器人必须在以人为中心的环境中工作，这一点非常重要——在工作中，人类的作用不仅仅是监督，他们也会积极地参与进去。”

Paul解释说，目前的问题是，机器人通常只是以相对较低的认知水平（像素和传感器读数）来感受世界，但人类将世界视为相关概念，这与形式推理和更高层次的思维有关。科学和人工智能实验室团队的实验的目标是消除这种不协调。

“我们希望未经训练的用户能够与机器人交谈，而机器人和人类一起协同工作时，效率应当提高。” 他接着道，“我们正在迈进一个人类和机器人携手共进的时代。”

问题是，我们将如何在工作中协调人与机器人——而不仅仅是一台自动机器——并高效地完成任务。

Paul总结道:“如果你想要综合利用人类的能力和机器人的能力，那么沟通将会是一个重要的部分。”

综上所述，人工智能、自主、3D打印和机器人通信的这些技术进步即将从根本上改变现代制造业的面貌。

我们可能很快就会看到一个规模更小、更本地化的生产基地，它将与供应链上的各专门商店进行协调以最大限度地提高效率，同时最大限度地减少浪费和成本。

这是对未来的一种令人兴奋的憧憬，但目前这条光明大道还遮掩着迷雾重重，令人不得其门而入。