制造变迁史：从手工到机械人 | 人机协作新变曲 www.6300.net 2019-12-04中国工程机械信息网
文/宋君毅
2019年，全球制造业遭受了重年夜危机。
美国制造业指数PMI创近10年新低，中国制造业指数也年夜幅放缓。向前30年的中美商业的蓬勃成长，在商业战的影响下遭到重创。
自十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华平易近族的奋斗史几回再三证实，“得制造业者得全国”。
特朗普打着“振兴美国制造业”的灯号成功竞选总统，虽然从未被实践；比来，美国前总统奥巴马监制的以中国企业福耀玻璃为原型的记载片《美国工场》喧哗日上，矛头也直指制造业。有人说，这是奥巴马在作为总统时不曾实现的美国梦的一个延续：把当政客时没有讲完的话，讲全乎了。
制造业逃离美国，转向中国是不争的事实。影片里的福耀各走各路，对峙打造美国的工场也仅是为了赐顾帮衬美国本土汽车行业而做的不得已之举，对现现在的制造业流向趋向并没有多年夜进献。
从工业革命至今，全球制造业履历了四次年夜迁徙，制造业的重心，从英国，欧洲转向美国、日本，再到中国。今朝全球制造业第五次迁徙正在进行中，新一轮的制造中间最先流向东南亚的越南、印尼、印度等国度。
中国特点社会主义经济道路也难逃制造业的成长定律。跟着我国生齿盈利的消逝，传统制造业依托人力成长的道路越走越窄。与此同时，以工业机械报酬代表的智能设备，正为传统的设备制造和物流等相干行业的出产体例带来了革命性的财产变化。
如许的改变，在关在制造的汗青长河中或许仅是一个小小的片断。但对国度来讲，每次的鼎新立异，都是大水下的剧变。
片子《2001：太空漫游》的一最先，一个史前猿人由于遭到了黑石方碑的影响，学会了将骨头作为兵器猎杀其他动物。与之相呼应的片尾，他将骨头抛入高空中，画面一转，降生了一艘太空飞船。
从远古时期的石器到迄今尚在摸索的宇宙飞船，这此中逾越260万年汗青的转变成长，流淌的是全部人类文明制造成长史。
现现在我们地点的世界，眼之地点，皆是人类的发现制造；但这只是比力宽泛广义上的制造。真正意义的制造业，是机械工业时期对制造资本（物料、能源、装备、东西、资金、手艺、信息和人力等），依照市场要求，经由过程制造进程，转化为可供人们利用和操纵的年夜型东西、工业品与糊口消费产物的行业。
01. 拂晓前的试探
远古期间，世界的主体经济仍以游牧文明与农耕文明为主，制造业的胚芽尚在孕育傍边。初期的制造是以制造东西更新换代的情势存在成长的。
迄今为止，最早被发现的石器东西是在肯尼亚挖掘出来的，距今已有约260万年的汗青。最原始的东西雏形呈现在旧石器时期，东西外形巨细各别，首要呈块状、 薄片状和美金片状等。
一样是在肯尼亚，1981年，按照挖掘的证据，人类节制火源的汗青可以追溯到142万年前。
利用东西和能源，被认为是人类区分在其他物种的首要身分之一。在这个根本上，人类各类奇思妙想迸发，属在人类的文明糊口就此拉开帷幕。
人类假寓下来后科技成长的程序年夜年夜加速，金属的呈现成为人类科技文明成长的一次重年夜奔腾。
人类真正把握锻造手艺则是源在古埃和人发现的熔模锻造手艺，这项手艺经由过程向模子中注入融化的金属，排出熔化蜂蜡而成型。后来古埃和人还发现了金属锯，用以快速锯开木质的材料。
中国人则认为锯是鲁班在公元前5世纪发现。但中国人简直在公元前400年发现了高炉，用以炼制青铜。由其演化而来的炼铁工业制造了数以百万计的兵器与衣物，成为秦始皇同一中国必不成少的东西。
制造东西的推陈出新，得益在建造材料与工艺手艺不竭的成长立异。但提高制造效力的路子不但仅是提高工艺与材料。
在工业革命最先前的600多年，威尼斯人初创了年夜范围出产模式——颠末专业化的分工，将从事分歧的工种的劳动力分离在一条出产线上。出产线的降生，年夜年夜晋升了出产率和产量，实现了高品质兵器的年夜范围出产。
这也意味着制造不再局限在制造材料与工艺手艺，还包罗了制造系统。与此同时，制造前提根基构成。
但在工业革命前的数千年间，在人们对能源与东西的利用没法进行指数型晋升的布景下，现代人类反复的堕入马尔萨斯圈套：生齿增加超出食品供给，会致使人均据有食品的削减，终究弱者就会是以而饿死。
无停止的反复恍如魔咒般没法逃离，拂晓前的暗中让人梗塞，直到工业革命的到临。
02. “蒸汽朋克”的匠心
为了快速烧饭和保存骨头的丰硕营养和松软的口感，高压锅在1679年由法国科学家班平发现。高压锅的发现让他发现了一个有趣的现象：年夜气压力会影响沸点，蒸汽的气力可以抬起锅盖������。
1698年，塞维利从班平的设计中获得灵感发现了抽水泵——一种最根基的蒸汽机，可以操纵蒸汽动力减缓矿井排水问题。1712年，纽科门解决了塞维利抽水泵的距离缺点问题，两边合作发现了常压蒸汽机。
虽然常压蒸汽机气体冷凝速度慢，没法使蒸汽行程的活塞活动持续发生，效力较低；但因为焦炭冶铁手艺的呈现致使煤炭的需求急剧上升，它依然遭到了人们的强烈热闹追捧。
常压蒸汽机
与此同时，“珍妮纺纱机”的呈现起首在棉纺织业中激发了发现机械、改革手艺的连锁反映，揭开了工业革命的序幕。尔后，在棉纺织业中呈现了骡机、水利织布机等机械。不久，在采煤、冶金等很多工业部分，也都陆续有了机械出产。
命运的转折点产生在1785年。瓦特发现了第一台带自力冷凝器的蒸汽机，体积小，经久度高，可以延续、高效力的发生活塞活动从而供给扭转式的动能。改进型蒸汽机投入利用，年夜年夜鞭策了机械的普和和成长。人类社会由此进入“蒸汽时期”。
工业革命带来的科技立异以多种情势对制造发生侧重年夜的影响。
工业出产中机械出产逐步代替手工操作，一种新型的出产组织情势——工场呈现了。经济社会从农业、手工业为根本转型到了以工业和机械制造带动经济成长的模式，制造企业的模子初见眉目，企业构成了作坊式的治理模式。
1776年3月，亚当·斯密的《国富论》中第一次提出对制造分化成若干具体的使命，将使命交由分歧的人进行处置的出产，即“劳动分工”的科学界说。由于劳动分工对提高劳动出产率和促进国平易近财富的庞大感化，后来分工论逐步演化成为企业治理的首要模式。
除此以外，在制造系统方面，1797年，惠特尼（Whitney）构和告竣了为美国当局出产10,000支步枪的合同，“可交换零件”与“共同装配”概念也是以在美国多量量传布推行。
依托工业革命完成的本钱堆集，社会布局也产生重年夜变化；新兴城市的发生和世界工业化的历程都为制造业的蓬勃成长供给了肥饶的发展情况。
但此时的制造业还只是初具雏形，由于科学和手艺尚只是在局部发现缔造，还没有在制造业中真正连系起来，而相干的制造系统的概念也只是初步构成理论，没有承受实践的查验。
03. “电光火石”剑拔弩张
当制造业不再局限在小型家庭作坊式的工场，而是成长为年夜范围出产的工场时，进步前辈的出产手艺和出产关系的重年夜变化起到了决议性感化，而这此中的要害在在科技与立异的成长。
第二次工业革命爆发时代，科学手艺的复杂性和进步前辈性到达了新的高度——天然科学同工业出产慎密连系起来。新的手艺和发现远跨越一国的规模，范围加倍普遍，人们最先更多地测验考试之前没法完成的年夜型装备。
此中电力的普遍利用、内燃机和新交通东西的创制、新通信手段的发现成了那时科学手艺最为凸起的代表，制造业的成长进步神速。
兰索姆奥兹为了多量量出产汽车，发现了一个改革全部汽车行业的发现——装配线，装配线的发现将汽车产量从1901年的425辆晋升到了1902年的2500辆。直到1913年，福特在装配线的概念根本上首创了流水线，多量量出产的模式进一步提高了汽车产量，年夜年夜下降了出产本钱。
泰勒的科学治理理念对制造中的每一个环节进行了科学化、理性的界说，此中包罗：
1、工人的工作使命时候、节奏尺度；
2、行业尺度的普遍利用；
3、计件制与劳动鼓励；
4、工场中的数据汇集，用以替代工人和本钱核算。
新概念、新模式的呈现致使制造手艺的细致化分工和制造系统的功能分化，慢慢构成了以科学治理为焦点，奉行尺度化、流程化的治理模式，使得企业的人与“工作”得以匹配。
德国西门子出产车间
依托工业革命蓬勃成长完成的本钱堆集，英法德美等国度率进步前辈入现代化工业强国，构成西欧和北美两年夜工业地带。此中，重工业长足成长，慢慢占有经济的主导地位。但那时全部世界的经济成长极为不平衡。
与此同时，制造业最先往劳动密集型财产和手艺密集型财产两个标的目的分流。而这同样成为现今全球制造经济四梯队的最初模子。
第一梯队：以美国为主导的全球科技立异中间；
第二梯队：高端制造范畴，包罗欧盟、日本；
第三梯队：中低端制造范畴，首要是一些新兴国度，包罗中国；
第四梯队：资本输出国，包罗OPEC(石油输出国组织)、非洲、拉美等国。
04. 计较机：魂灵的起舞
科技与立异始终是制造业成长与转型的要害地点。计较机的发生，给制造业注入了新的魂灵，制造业的成长获得了质的奔腾。
第一台数字式电子计较机在1941年由德国工程师康拉德楚泽发现。这是第一台全数由法式节制的计较机。1963年，计较机辅助设计CAD最先答应用户利用一根“光电笔”对系统进行画图。1971年工作在雷诺公司的法国工程师贝塞尔发现了计较机辅助制造系统CAM，最先在电脑端与工场机械装备之间成立虚拟联系，并实现节制。1983年，康柏公司开辟了第一台笔记本电脑。一体便携式的设计，尽量简练的IO设计年夜获成功。
世界第一台计较机
PLC在1960年降生在美国通用公司，与计较机近似的是，它们都由软件节制，以实现固定指令；但PLC的编程加倍简单，利用加倍便利。在此阶段，工场年夜量采取由PC、PLC/单片机等真正电子、信息手艺主动化节制的机械装备进行出产。
因为那时的计较机体积较年夜，微型计较机与微型节制器在1971年由英特尔公司的特德霍夫发现而成。最初是为集中功能分歧的计较器，随后又发现了英特尔4004微处置器。
英特尔4004微处置器
微处置器的成长，极年夜水平地带动了各类制造东西的主动与智能化。自此，机械慢慢替换人类功课，不但接收了相当比例的“体力劳动”，还接收了一些“脑力劳动”。
制造东西也不单单是为工艺出产而办事的特种装备，加倍通用、替换工人、办事在制造系统的制造东西应运而生。
机械人最早可追溯到1495年，奥纳多达芬奇制造了最早的机械骑士机械人；但现代第一台全主动机械人由美国神经学家沃特博士在1948年发现，这是一个近似在乌龟的小机械人，具有外部感光和触觉传感，在简单的电路帮忙下可以自交运动。
直到20世纪50年月美国工程师乔治德沃尔与约瑟夫英格伯格提出了工业机械人，即工业机械臂的概念。在履历过若干样机实验后，英格伯格地点的Unimation公司出产了第一台名为Unimate的机械臂，该机械臂重达2吨，办事在通用汽车的装配线。那时仅实现将热压铸件在分歧工位间的转移工作，随后几年最先进行车体的焊接工作。
Unimate机械臂
在进级工业2.0的根本上，普遍利用电子与信息手艺进一步年夜幅度提高了制造进程中主动化的节制水平，出产效力、良品率、分工合作、机械装备寿命也获得了史无前例的提高；出产组织情势从工厂化改变为现代年夜工场，人类进入了产能多余时期。
再加上列国资本天赋分歧，全球制造业成长最先连通，制造业逐步构成财产链分工分歧的全球化模式。但跟着工业霸主国出产资料本钱的上升，全球制造业自20世纪以来履历了屡次迁徙，加工制造中间不竭产生转移。
05. 智能时期，将来已来
人们经常使用最具代表性的出产东西来代表一个汗青期间，如石器时期、青铜时期、铁器时期、蒸汽时期、电气时期、原子时期等；而21世纪最具代表性的出产东西非互联网莫属。
基在计较机的呈现，因特网在1969年降生。最初它还只是为了抵抗前苏联的核要挟，快速传递信息与数据；到了1973年，为毗连分歧的计较机与计较装备，施乐公司开辟了因特网，直到本日因特网仍在工场的信息互联上承当主要脚色；固然也远远不止如斯。
互联网的和谈（即TCP/IP），由罗伯特卡恩与文顿瑟夫发现，买通了电脑与电脑之间交换的最后一道坎；而极年夜扩年夜的互联网的容量与可能性将万物互联变成实际。
互联网、年夜数据、云计较、物联网等新手艺与工业出产相连系，人类最先进入智能化时期。智能化时期下，制造业的出产组织情势从现代年夜工场改变为虚实融会的工场，柔性出产、个性化出产成了时期的骄子。
跟着制造的智能化与互联化，机械人也有了长足的成长。
在2010年之前，年夜部门工业机械人都依照固定法式进行反复劳动，没法斟酌到现实情况的转变，并且法式编写复杂，通俗人没法利用。
1996年，由利诺州西北年夜学的传授J. Edward Colgate和Michael Peshkin提出的协作机械人概念，即机械人可以感知四周情况转变，更容易利用与交互。
2008年，丹麦公司发现了第一台协作机械人UR5，可以实现碰撞住手，图形化编程等功能，实现了协作机械人的普和。
按照数据显示，自2008年以来，协作机械人行业从萌芽期进入快速成长期；截至2019年7月，全球协作机械人厂商数目己跨越100家，此中进入中国市场的协作机械人厂商数目跨越70家，“协作机械人”己经从概念到深切人心，并逐步成为各机械人厂商争相结构的计谋产物。
得益在其具有较高的柔性、平安性和易操作性，协作机械人相较在传统工业机械人具有更广的利用延展性，不但可以在工业范畴利用，还可以在贸易办事范畴利用。
2019年，年夜象机械人开辟了首款机柜一体化的协作机械人Catbot；更简便易用的设计和欧美亚洲数十个国度的实例利用加倍普遍地扩大协作机械人在更多范畴成长的可能性。
年夜象机械人Elephant Robotics
古典经济学的奠定人亚当·斯密曾说过， 一切出产的终究目标都是知足人的需求 ，智能化时期让人类从头熟悉世界、熟悉本身。
但智能制造的实现需要多个条理上手艺产物的撑持，此中包罗工业机械人、3D打印、工业物联网、云计较、工业年夜数据、常识工作主动化、工业收集平安、虚拟实际和人工智能等。而这些手艺产物中将会发生无数新的商机和上市公司。
“在历次的手艺革射中，一小我、一家企业、乃至一个国度，可以选择的道路只有两条；要末插手海潮，成为前2%的人，要末不雅望盘桓，被裁减。”
智能制造站在全球规模内制造业成长趋向的风口，将带来新一轮出产体例、财产形态和贸易模式之间的较劲。成长企业智能制造仍然成为必定的要乞降趋向。
英国狄更斯在《双城记》曾说，“这是最好的时期，也是最坏的时期”。这句话不但合用在第二次工业革命，也合用当下，这个正在产生重年夜变化的时期。
科学手艺的成长深不成测，将来的制造业的成长我们尚不得知。在汗青的大水下，我们独一做的，就是适应时期的成长，在这场接力赛中，跑好属在本身的那一棒。
■ 关在年夜象机械人
年夜象机械人是一家专注在机械人解决方案的供给商，致力在为工业出产、贸易场景、机械人教育和科研机构供给高柔性的协作机械人、简单易学的操作系统”RoboFlow”和智能的主动化解决方案。
今朝年夜象机械人自立研发了三个系列的协作机械人，别离为协作机械人E系列(Elephant Robotics E5)、P系列(Elephant Robotics P3/5)和C系列(Elephant Robotics C3)。三个系列机械人各有所长，合用在工业出产、贸易利用、机械人教育和科研等多种场所。
年夜象机械人产物已发往韩国、日本、美国、德国、意年夜利、希腊等国度，活着界500强数家名企工场长达19272+小时的真实工况严苛验证下，年夜象机械人的主动化解决方案和产物质量均获得一致承认与好评。
将来，年夜象机械人但愿经由过程领先的联接+智能手艺，打造互联、协作的新时期工场，与客户与火伴配合开启主动化工业时期新篇章。
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