机器人和工业4.0概念将如何重塑美国工厂、改变制造业劳动力结构

1961年，通用汽车在其工厂车间内安装了第一台工业机器人。自那时起，制造商们就从这些不知疲惫、不会受伤、在某些情况下甚至比人类效率更高的机器人身上，获得了极大的收益。

已经“接管”了很多制造业非技术类工作的机器人，正在开启一个更新、更高收入角色的大门。制造商们使用协作机器人，目的是希望将人类的独创性与先进的机器人技术相结合，让机器人能够协助并与人类员工一同工作。

宾夕法尼亚州立大学前信息科学与技术教授、英特尔商业战略总监Irene Petrick表示：“我们需要那些懂得如何将材料从一种形态转化为另一种形态物理过程的人，但同时他们还必须了解其背后的数字力学原理。”

她说，今天许多的工厂，很多都在使用尖端的技术，并有着复杂的业务运营模式。新的技术岗位正在以指数级的速度被创造出来，而制造业正面临着难以填补这些新岗位空缺的困境。与此同时，对数字化技术的需求也在不断增长。

根据德勤和制造业协会联合进行的研究显示，由于目前技术熟练工人的缺乏，美国制造业在未来十年将面临200万人的用工短缺。

机器人的应用实际上会创造更多的工作机会

先前是美国宇航局灵巧机器人实验室首席研究员，现任休斯顿机电一体化公司联合创始人兼首席技术官的Nicolaus Radford，对于未来将技术应用于制造业可能对工作机会带来的冲击，持乐观态度。

“我相信技术总是会提供更多的雇员岗位，”Radford说。为了培养新一代工人，机电一体化行业正将3D打印技术带入课堂、投资和参与各类机器人项目，并让学生了解他们的各种新设备。

这一想法是为了让青年人们相信，制造业与硅谷的科技工作，或美国航空航天局(NASA)的航空工作一样，让人感到激情四射。

Petrick说，为了吸引更多制造业新人加入，以解决人员短缺的问题，美国需要建立一个学徒培训计划并重组实习机会。她指出，德国作为一个在吸引和培养新人才方面的榜样，已经通过多年时间，建立起了一套完备的学徒培训计划。

机器人会成为更安全的同事

如今，制造业中常见的大多数机器人都是拥有巨大力量的重型机器，例如那些在汽车装配线上，用于拉升和旋转汽车车身的机器人。由于还没有相应的技术能够让它们在遇到意外情况时安全的停止运转，所以为了避免对人类造成伤害，只能暂停使用。

然而，现在的制造业有一个能够激发更强大创造力的新趋势，那就是重新启用这些重型机器人。

Radford的公司正致力于实现：一个包括机器人之间、人机之间沟通与协作的未来物理系统，它就是被称为工业4.0的高科技、计算机化的“智慧工厂”。“有必要开发更安全的协作机器人，”他说。Radford表示“，[因为]在不远的将来，不到五年时间内，我们将看到人类与机器人并肩工作。”

这不仅仅是创造了一个安全的环境;机器人还必须能够与其他机器人或人类同事进行沟通交流。在英特尔，Petrick致力于利用团队在计算机视觉、计算机学习和认知计算等方面的新兴技术，让机器人能够更好的协同工作。

“目前，机器人主要是高度专用的，”Petrick说。“未来，他们将有更多感知环境的能力，并且能够感知哪些操作可能会让工作更有效。”

从本质上来说，一个制造业机器人必须是一个足够聪明的、可以在任何需要它的地方马上补缺的“多面手”，这也是工业互联网革命的一部分。

这些专用机器人也许效率很高，但成本也很高。不仅仅是标价高，重新装配生产线的成本也很高。科技时代（Tech Times）报道称，2015年，福特F-150装配线的改造工程，就花费了公司高达3.59亿美元的费用。

协作机器人极强的工作适应能力，使其更容易获得中小型制造商的青睐。协作机器人可以在地面上灵活移动，在需要用到它们的地方完成连接并开始工作，而无需像传统那样要围绕机器人去构建你的生产流程。

Radford说：“这正是（协作）技术正在为制造业带来的价值。比如当我们在制造汽车时可以灵活的停止某个工序，有了更高的工艺与自动化水平，做事情就能够像在做一件工艺品那般精细。

然而，获得这种便捷的连通性也会付出一定的代价。当工厂完全依赖互联网进行设备与人之间的通信时，这就产生了一个潜在的网络安全问题。不仅仅是人为的错误的原因，恶意软件的诱导同样会导致漏洞的出现。黑客和间谍还可能会通过网络，控制住工厂的系统或其中的设备。

Petrick和Radford都认为，应对和解决网络安全问题不应该只是制造商IT部门的责任。从设备资产到云端的服务、数据，安全工作必须从内部开始、严格监控。为了确保机器人和人类能够在一个安全的网络环境中并肩工作，需要引入多学科方法。

毫无疑问，未来的工厂将有助于拯救美国制造业，同时还将为那些对机器人和STEM相关职业感兴趣的人，提供一系列极具吸引力的工作机会。未来的几代人在提到制造业时，想到的将不再是单调的流水线。对他们来说，制造业将成为一个有着先进技术、巨大创新、甚至是机器人同事的地方。