重新思考工厂

Arup前瞻+研究+创新 Foresight + Research + Iovatio是Arp的内部智囊团和咨询公司，专注于建筑环境和整个社会的未来。我们帮助组织了解趋势，探索新想法，并从根本上重新思考其业务的未来。我们开发了“设计远见”的概念，该概念使用创新的设计工具和技术，以将新想法带入生活，并使所有利益相关者参与有关变革的有意义的对话。 联系人 邓肯·怀特科学与工业总监duncan. white@arup. com 斯蒂芬·波拉德运营咨询总监stephen. pollard@arup. com Chris LuebkemanArup研究员兼导演全球远见，研究+创新chris. luebkeman@arup. com 约瑟夫·哈格雷夫Associate，前瞻+研究+创新josef. hargrave@arup.com 2015年6月发布 13Fitzroy Street伦敦W1T 4BQ arup. comdriversofchange. com© Arup 2015 Contents 关键机会 本报告中描述的新兴趋势，流程和技术将改变制造业格局。不可避免地转向更精简，更智能，更灵活的形式 生产将对工厂的设计方式，供应链的运作方式，人们如何体验不断变化的运营环境以及未来生产空间的组织方式产生一系列影响。 机器人技术和自动化以及网络物理辅助系统的应用1将带来更安全、更高效的工作环境。这种技术集成也将增加对高技能的需求工人操作和维护机械并控制智能生产流程。 蓝领工人和白领工人之间的界限将继续模糊，人们越来越关注促进供应链和生产线之间的协作和创新的工厂环境。随着工人角色的继续为了适应和合并，工厂的配置将不得不改变以反映这些新的工作模式。 人为因素（y） 智能流程，产品和机器将实现生产优化，并需要对建筑和机械进行微调集成。传感器驱动的生产线和产品组件将使工厂能够对市场和供应链的变化做出实时反应。 集成设计和生产 从数据收集和分析中获得的洞察力的使用越来越多，将使制造更加快速和响应迅速，产品和生产流程可以适应，甚至可以自主地适应不断变化的客户需求或市场趋势。 -中国制造业劳动力数量为1.04亿5 -中国制造了世界上50%的计算机6 -2013年，工业机器人销量增长了12％，达到178,132台，是有史以来的最高水平7 -中国是最大的机器人市场，占总数的20％8 波音谢菲尔德大学先进制造研究中心。 气候变化和资源限制将要求工厂的建设和运营既可持续又有弹性。这包括减少能源，水和材料消耗，向循环经济的转变，以及限制与气候相关的天气风险并减少运输需求的设计和位置选择。 更快的创新周期，以及不断变化的市场条件和需求模式，将需要灵活和适应性强的空间。模块化和适应性强的厂房允许公司快速建立或扩大生产能力，或将生产从一种类型的产品或地点转移到另一种类型的产品或地点。 弹性和自适应空间 Introduction “这是第二个机器时代的曙光。要了解为什么它现在正在发展，我们需要了解数字硬件，软件和网络时代技术进步的本质。特别是，我们需要了解它的三个关键特征：它是指数的，数字的和组合的。” Erik Brynjolfsson和Andrew McAfee，《第二机器时代》（2014） 制造业已经进入了一个新的生产时代。商品设计和制造的这种转变不是单一趋势的结果，而是由广泛的复杂和相互关联的因素驱动的。这些影响从数字技术和自动化的进步到气候变化和市场需求。集体后果 是向日益快速、开放、协作和响应的设计和创新过程的转变。 经济形势也在发生变化。在过去的二十年中，在廉价和充足劳动力的推动下，亚洲主导了全球制成品的供应。然而，自2008年全球金融危机爆发以来，发达经济体的需求放缓，而工资和其他成本却在上升。这意味着，为了继续保持其制造业主导地位，亚洲将需要扩大自己的国内和区域市场。 提升其制造业的竞争力。9机器人技术、3D打印、大规模定制和其他趋势也可能给亚洲的工厂模式带来压力。 随着制造业世界的变化，工厂的规划，建造和运营方式也将发生变化。它们将需要变得更加灵活和适应，实现建筑物和流程之间的更好整合，并对经济和环境变化更具弹性。 左：长安福特的装配线配备了机器人技术，可在汽车之间快速切换模型。 9 这些未来的工厂将必须以更高的材料和能源效率运作，同时为日益熟练和多样化的劳动力提供安全和健康的工作条件。 本报告从人员、生产和空间三个不同的角度探讨了工厂的未来。“人为因素（y）”看看技术对 劳动力，包括自动化和网络物理辅助系统的传播。“无缝设计和生产”专注于越来越多地使用大数据，见解和智能机器，以优化生产流程并实现复杂产品的更大定制。“弹性和适应性空间”专注于实体工厂，着眼于对环境风险具有弹性的设计，以及在其构造，操作和使用寿命结束时具有可持续性的拆卸。 我们希望本报告中的研究和见解成为对话的催化剂，帮助利益相关者重新思考工厂的设计和运营。最终，我们希望帮助促进向第四次工业革命的转变。 人为因素（y） “当智能设备，智能系统和智能自动化这三个主要的数字元素与物理机器，设施，车队和网络完全融合时，就会感受到工业互联网的全部潜力。 提高生产力、降低成本和减少浪费的好处将在整个工业经济中传播。" —Peter Evans和Macro Annunziata，GE，“工业互联网：推动思想和机器的边界” (2012) 人与机器之间的新关系 自1970年代以来，德国工人在制造业中的就业比例下降了一半以上，降至约20％。11与此同时，制成品出口增加，德国继续在全球制造业产出中排名第四。 自动化提高了可靠性和产品质量，并使创建灵活的生产流程变得更加容易 德国生产线自动化程度的持续提高，使德国在劳动力成本相对较高的情况下保持竞争力。 鉴于稳定的生产率，工厂自动化和机器人技术的不断进步减少了生产商品所需的人数。尽管有些人认为这种趋势可能会使某些工人的职位变得多余，但支持者断言，这将使工人的生产力更高，并使他们摆脱不愉快或不安全的工作。自动化提高了可靠性和产品质量，并且通常使适应生产线和创建灵活的生产流程变得更加容易。对于制造业的许多组织来说，自动化也是应对战略的一部分。 劳动力萎缩和老龄化的风险，或者其他国家劳动力成本降低的持续风险。 左：韩国湖钢当金钢铁厂。钢铁行业是韩国经济的重要组成部分。 在宝马的莱比锡工厂，生产和办公空间结合在一起，超越了传统的蓝领/白领空间划分。 在亚洲，劳动力成本持续上涨，削弱了该地区的竞争优势。尽管如此，中国的工厂仍然比富裕国家的工厂便宜得多-雇员的最低工资低于美国雇员的四分之一。13 自动化提高了可靠性和产品质量，并使创建灵活的生产流程变得更加容易 作为全球制造业中心，亚洲的价格上涨反映在全球价格的上调上。2000年至2011年间，亚洲的平均工资几乎翻了一番，而全球增长了约23% (发达国家增长了5%)。增幅最大的是中国，平均工资增长了三倍。14工资较低 柬埔寨和越南等国家开始吸引制造商，这意味着占亚洲产量一半的中国正在拥抱更高的自动化，以确保当地工厂保持竞争力。 作为自动化趋势的一个例子，总部位于新加坡的公司Flextronics在中国设有工厂，最初生产小型，易于组装的消费电子产品。但是随着中国的工资，土地成本和竞争开始上升， 不断缩小的利润率促使人们关注更复杂、价格更高的产品。这需要投资于自动化、更精确的制造和更多的员工培训。 机器人军队 现在，用于航空航天，机器人，汽车和医疗行业的高价机器占公司苏州产量的72％。Flextronics在有可能降低人工成本和错误的地方实施了自动化流程。现在可以实时收集装配线的自动化数据，供应链的透明度更高。15 2000年至2011年间，亚洲的平均工资几乎翻了一番，而发达国家的平均工资增长了约5% 亚洲已成为工业机器人的最大市场，中国在过去五年中增长最快。16全球对工业机器人的需求也在持续增长。国际机器人联合会（IFR）预计，从2014年到2016年，机器人的全球销量将以平均每年6％的速度增长。到2016年，工业机器人的年供应量将超过190, 000个单位。MGI研究表明，到2025.18年，发达国家工业工人的任务中有15％至25％，发展中国家的任务中有5％至15％可以实现自动化。 工作场所自动化的一个重要发展是未来的工厂机器人将 与人类同事互动和合作。工业设计师的目标是将人的独创性和多功能性与机器人的精度和可重复性相结合，使 宝马位于南卡罗来纳州斯巴达堡工厂的机器人正在挑战这样一种观念，即机器人和人类一起工作太危险了。这些机器人由丹麦公司Universal Robots制造，可帮助工人最后的门组件通过应用门密封剂来保持声音和水离开汽车，这对工人来说通常是艰巨的任务。宝马还在测试更复杂的最终装配机器人，这些机器人是可移动的，能够直接与人类合作。这些机器人将在未来几年内推出，它们将能够在需要时将扳手交给人类同事，并在人类工人周围安全地操纵。26 宝马南卡罗来纳州工厂 Baxter机器人的零售价约为25, 000美元，大约相当于美国非技术工人的年薪。 在动态和可重新配置的制造环境中进行人机协作。19为人类和机器人优化的世界。 未来的工厂将优化人类和机器人的合作 例如，由Rethi Robotics制造的机器人Baxter由于其各种智能传感器和摄像头，可以安全地与工人共享工作空间。与Baxter互动更像是与人一起工作，而不是操作传统的工业机器人。巴克斯特的传感器，包括深度传感器和手腕上的摄像头（允许它用手看到），意味着它不断建立和调整世界的数学模型，允许它识别不同的物体。 机器人使用起来也很直观，允许正规工厂的工人充当程序员。工厂工人可以向机器人展示她要求机器人执行的任务的片段，机器人推断任务的其余部分。因此，工人不会与这些机器竞争，因为他们可以充当主管。20百特的零售价约为25, 000美元，大致相当于美国非技术工人的年薪。 到2050年，全球21％的人口将达到60岁或以上，高于2013年的11％。21这种趋势在发达国家更为明显，32％的人口将 波音公司的埃弗里特工厂是世界上最大的建筑，占地98英亩。它包括商店，剧院，航空博物馆和教育中心。 到2050.22年，60岁或60岁以上的人在这些老龄化社会中，劳动年龄人口的供应将占总人口的比例下降，劳动年龄人口将不得不养活更多的受抚养人。在欠发达地区，将有更多的年轻人，提供更大的劳动力和不断增长的消费市场。 在接下来的几十年中，新形式的人类增强和增强能力可能会支持心理表现和身体流动性，有助于应对人口老龄化的影响。23这在今天越来越多的网络物理系统（CPS）应用中已经很明显。CPS是“物理和工程系统，其操作由计算和通信核心监控，协调，控制和集成。” 24 CPS将改变人们与周围物理世界的互动和控制方式。这些系统将启用物理世界。 与虚拟世界融合，允许工厂工人以全新的方式设计产品，控制流程和管理运营，从而实现更大的灵活性，生产力和质量25 组合所有感官： 在工厂中摆脱键盘和鼠标 随着生产线和机器变得更加先进和专业化，公司还必须在培训和专用设备上投入更多资金，以使员工能够管理和操作复杂的生产线。随着制造业转向更复杂和技术流程，对熟练从事STEM领域（科学，技术，工程和数学）的熟练工人和管理人员的需求将越来越高。总的来说，这将导致制造业转向更安全、更高技能的工作。 集成和协作价值链 当今的知识经济是由开放式创新和协作的原则驱动的。通过打破组织内部和跨组织的孤岛来创造价值 Enabling dialogue and interaction across different disciences. Thesechanging boundaries include the increasingly bluried line between blueand white college workers. 反映这一点。现