物联网、传感器、3D打印、机器人能重塑制造业的未来吗？

物联网、传感器、3D打印、机器人能重塑制造业的未来吗？

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。

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。

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。

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。

目前，该技术正处于指数级增长阶段。据统计，2015年，增材制造（俗称3D打印）行业市场规模增长至近52亿美元，价格在5000美元以内的3D打印机在全球销量超过25万台。据IDC预测，到2021年，全球3D打印行业的支出将达到近200亿美元。

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。

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。

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。

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。”

美国3D打印解决方案提供商3D Systems和工业级3D打印解决方案供应商Stratasys等行业巨头也正在接受分布式制造这一新模式。

凭借其连续构建3D演示器，Stratasys提供了一个模块化3D打印机墙，所有打印机均通过云端工作并进行集中控制。

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。

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。

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。

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。

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