工业4.0进行时：这三大变化将重塑制造业的未来
在过去，传统的产品生产和销售一直遵循这样的流程：发现消费者需求——企业设计图纸——制作原型——设计制造产品所需的工艺装备——进行大规模生产——推向市场。
大规模机械化使得工厂在极短的时间内，即可制造出大量的产品，并改变了数十亿人的工作与生活。
但传统产品生产存在着诸如研发成本高、生产周期长、原材料利用率不足、产品可能会大量积压等一系列问题。
图: PHD Ventures, Inc.
今天，随着互联网与制造部门、消费者的深度融合，一切都在发生翻天覆地的变化：
一方面，企业获取消费者信息的渠道更加简单快捷，得以更快地了解消费者需求及市场变化。
另一方面，物联网、传感器、3D打印、机器人、人工智能等技术的应用，使工厂的生产、管理与运营更加智能化、自动化。
因此，产品从设计到大规模生产的流程正在因新技术的应用而发生变化，而以下三大变化将为制造业带来根本性的变革：大规模定制、开放式创新与智能化工厂。这些变化也将是工业4.0最直接的体现。
大规模定制
因成本问题，个性化和定制化一直是传统制造业难以施展的领域。而3D打印、人工智能、新材料等新技术的融合将使企业可以规模化地生产个性化定制产品。
据预测，人工智能只需将自动化生产转向自定义配置产品，即可满足不同消费者的多样化需求。
3D打印将使得我们直接从设计转到生产，并具有更强的适应性，得以加速数量级生产。
3D打印也将成为大规模定制化生产的最大驱动力，而通过结合大量的消费者数据以及人工智能技术，定制化产品可以快速满足市场需求。
通过这一技术，并借助新的设计软件，我们可以定制符合解剖学标准的医用支架、个性化牙科产品、改装飞机和汽车零部件，并可以制造诸如传感器、药物输送系统和实验室芯片应用领域的微型产品。
去年，Adidas与3D打印公司Carbon 3D合作推出了3D打印运动鞋，将运动员特定的数据和个人缓冲偏好通过3D打印技术融入到运动鞋中。
通过数字光合成（DLS）3D打印技术，Carbon 3D公司创纪录地从液体材料中打印成品鞋，并很好的控制鞋子的弹性、比强度及其它产品属性。更厉害的是，这一新的工艺能够最大限度地减少设计流程和原型设计时间，从而直接进行生产，将产品生产周期缩短多达9倍。
3D打印的应用，不仅仅局限在小型商品制造上。2018年4月，荷兰3D打印公司MX3D完成了世界首座3D打印钢制桥梁，并即将安装在阿姆斯特丹。
MX3D公司使用的六轴机器人手臂可以在空中从任何方向进行打印。这种多轴打印技术几乎完全消除了传统3D打印所需的某种物体支撑，为未来的新结构打印开辟了新的方向。
然而，3D打印技术并非该40米长的桥梁的唯一新技术。为确保这座桥梁的安全性和优化性能，3D打印钢结构还配备了一系列传感器，可以监控自己的健康状况，记录下走过它的人数和速度，并测量空气中污染物等数据，还能将收集的数据创建成一个数字桥梁模型，为以后的设计提供数据参考。
3D打印的应用还远不止于此。在一个更微型的领域，也就是电子领域，3D打印同样在开启一个定制化和按需电子的新时代。
过去，电子产品生产时，需要手动嵌入电路。然而，通过3D打印技术，我们可以将导电油墨直接在产品中打印成电路，一次就可以完成。
例如，以色列电子3D打印公司Nano Dimension和美国3D打印公司Voxel8等初创公司正在使用导电油墨来打印电路。
通过3D打印技术打印出来的电路热稳定性高，厚度仅有几微米，所以不断发展的导电油墨有可能为硬件生产带来革命性变化。
总之，3D打印抛弃了冗长的设计环节、多阶段原型设计、昂贵的工具和统一化的生产，从而可以大幅度降低生产成本，并将彻底改变传统工业制造的生产流程。
开放式创新
传统制造企业一般都远离都市，在设计和研发产品方面费时耗力，且为了安全起见，只能在企业内部自行研发。
而随着创新工厂、孵化器、制造设备实验室的兴起，城市正在成为传统制造业的创新来源。无论是内部研发还是外包，从产品设计到生产技术，任何人都可以介入其中并参与发明。
在过去，我们谈论“开放式创新”已经很多年，不少企业也已经通过这一模式获得了可观的成果。但受制于技术、社区等限制，开放式创新并未在更大范围实现。而现在，真正的“开放式创新”正在到来。
在制造业中，当可访问的用户界面出现时，借助类CAD设计软件和易用的界面，每个人都可以成为发明家和技术创新者。技术开发也将真正呈现出指数级增长，“开放”将成为制造业的关键词。
硬件工作室和企业孵化器的新生态系统正在城市中心兴起。诸如初创企业孵化器Playground Global和开源3D打印公司LulzBot之类的公司正在不断壮大，为自由创业者提供了优越的物理办公空间和制造能力。
2015年，Android之父Andy Rubin联合其他人成立了Playground Global孵化器，为初创企业提供包括业务、办公空间以及机械设计的各种指导，并帮助他们解决材料、工程、制造、供应链管理、分销等问题。
通过提供内部专业技术来交换小型股权，硬件生态系统实验室Flex Lab IX帮助数十家创业公司构建变革性技术，例如无人机系统、超薄电池、智能头带等。
正如美国工业设备制造和工艺设计及测试供应商Bestronics的首席执行官Nat Mani所说：“我们越来越多地寻求与初创企业的合作，将其作为业务发展的一种形式，同时也要保持在新技术领域的领先地位。这些初创公司经常在尝试我们需要知道的新事物。”
风险投资基金Bolt则为那些进入Y Combinator和其他加速器的初创公司提供原型设备实验室，并帮助他们开发产品。Kickstarter等众筹平台也为创业者提供了初始融资服务。
随着分布式制造和自动化制造成本的下降，未来开放式创新设计与研发将出现爆炸式增长，而传统制造商的产品研发模式将受到非常大的挑战。
智能化工厂
对于一家成熟的制造企业，工业物联网、人工智能、协作机器人和Li-Fi将是走向未来制造业必须具备的前沿技术。
智能工厂也将成为未来制造业的终极方向。随着新型传感器、机器学习工具和检测无人机等技术的应用，工厂设备不仅能够立即自主纠正错误，生产过程也能实时满足不断变化的需求。
作为工业物联网领域的领先企业，美国公司TE Connectivity设计和制造高度精密的连接器、传感器和电子元件。从医疗行业到家电行业，从航空航天到国防等领域，TE的产品实现了机器间的通信。
而在更偏僻的地区，机器对机器的通信尤为重要，因其可以允许在智能机器人之间分散传输数据。例如，区块链物联网初创公司Filament正在利用低功耗工业传感器和区块链来推动该领域的发展。
物联网通讯初创公司Kepler Communications则利用小型的卫星矩阵取代传统卫星通讯，为偏远地区的工厂实现工业物联网设备之间的通讯。
智能传感器可以转换数据，实现与制造设备间的通信，并在性能或安全受到威胁时关闭设备。工业物联网也使得我们能够分析生产配额，进行预测性维护并远程输入设计。
对于大型制造商而言，产品召回是最昂贵最可怕的灾难，而人工智能的应用，则可以将产品召回的风险降到最低。
硅谷人工智能初创公司Landing.ai开发的用于生产线的机器视觉工具，可以发现人眼无法看到的电路板和产品中的细微缺陷。通过精确的现场质量分析，即时反馈错误，与工业物联网相连的机器可以在发生任何损失之前暂停生产，从而避免进一步的损失。
Instrumental、Maana和Augury等创业公司通过收集和分析由物联网生成的海量数据，使用机器学习技术来检测设备和机器的异常与风险，并提前预警。
美国工业物联网解决方案提供商Augury开发了一套完整的传感器套件，通过工业物联网分析机器的声音变化，以此发现机器的异常情况。
随着云连接、协作机器人能够实现自主管理，未来的工厂将实现全自动化运行。
美国无人值守3D打印工厂Voodoo Manufacturing拥有世界首个功能齐全的、机器人操作的3D打印机群——Project Skywalker。这一系统通过专业软件，将9台3D打印机和一个机械臂组合在一起。
该系统可以自动移除和更换一台3D打印机的构建板，然后继续打印过程。而传统生产中，移除和更换构建板需要占用员工约15％的时间。
这一系统还可以实现24小时自动运行，无需人员监控。而通过大规模部署Skywalker，其位于布鲁克林的工厂产能提高了400％。
这样的技术与模式将彻底打乱传统制造业的生产模式。
3D打印机、协作式3D打印机群、联合机器人、管理3D打印机的机器人、构建机器人的3D打印机，所有的这些只不过是一个开始。
在未来，传统制造的物理限制和空间限制将不再那么重要，设计、生产将更加扁平化、更加开放。在此背景下，制造业巨头和新兴创业公司都将拥有前所未有的发展机遇。（参考信息：awaken）
以上来源：资本实验室
3D科学谷Review
关于开放式创新，根据3D科学谷的市场观察，著名的3D打印定制化汽车制造商Local Motors就是其中一家。汽车设计是一个复杂而系统的工程，Local Motors不是汽车制造业巨头，也没有庞大的新产品研发团队，他们另辟蹊径，通过在线设计社区发起众包设计项目，用互联网让全球范围内的汽车设计能手参与到定制化汽车的设计中来。
在3D打印的过程中，从设计、渲染、切片到打印，数据贯穿始末。数据贯穿始末有什么意义呢？数据的流通通过互联网就可以实现了，因此针对3D打印的设计方案发起一个众包项目，全球各地有设计能力的个人和团队，只要有一台电脑和相关设计软件就可以参与到众包项目中来，设计好的作品通过网络提交即可。此外，由于3D打印机是制造单件或少量产品的利器，我们甚至可以说3D打印与创客、众包、定制化天生就在一个频道上。
工业互联网关注的焦点不单单是在某个产品中植入传感器使它智能化，而是希望通过IT和OT的深度融合，使信息技术的虚拟世界、机器的物理世界以及互联网合为一体。其核心是将具有IT功能的所有工业领域都整合起来，通过对企业生产全过程的数字化映射帮助制造企业改善业务系统以及各部门之间整体的信息流动，从而提升企业的运营水平。
国内的三一重工物联网团队创业组建了树根互联技术有限公司填补了国内在工业互联网平台化建设上的缺失，帮助制造企业进行物联网的应用与实施。根云平台是中国最早、连接工业装备最多、服务行业最多的工业互联网赋能平台，能够为各行业企业提供基于物联网、大数据的云服务，目前，平台已接入能源设备、纺织设备、专用车辆、港口机械、农业机械及工程机械等各类高价值设备超40万台以上，采集近万个参数，连接数千亿资产。
而在应用端，根据3D科学谷的市场观察，国内的徐工重卡就通过3D云打印技术为媒介，针对新车型的车身、转向、车架、电池包等系统进行了多项革新，徐工重卡利用3D打印技术，仅用五天时间就完成了数据设计到装车使用的全流程，大大加快了样车的研发进度。
除了文中提到的硅谷人工智能初创公司Landing.ai，根据3D科学谷的市场观察，国内精锐视觉智能科技是国内最早将人工智能技术应用于工业视觉领域的高新科技企业，作为国内领先的计算机视觉和深度学习技术的研发者，精锐视觉致力于将人工智能技术广范应用于工业生产领域，在手机、3C、包装、PCB及汽车制造等行业形成了成熟的解决方案，精锐视觉自主研发的焊点缺陷在线智能检测系统利用先进的视觉检测技术对焊点在生产过程中产生的缺陷，如虚焊，焊重，焊断，焊偏，漏焊等进行自动检测与报警剔除，流水线设备自动上下料，精度和自动化程度高，解决了传统焊点无法有效检测的行业痛点。
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