强大的趋势将推动制造业在 2050 年接近完全自动化，而仍在该行业工作的人们将能够以前所未有的方式快速创新。到 2050 年，强大的趋势将推动制造业接近完全自动化，而仍在该行业工作的人们将能够以前所未有的方式快速创新。多年前，Warren Bennis 预测，“工厂未来将只有两个雇员，一个人和一条狗。男人会在那里喂狗。狗会在那儿，以防止该人接触设备。”
我们还没有到那一步。但是，到 2050 年，许多强大且相互关联的趋势将使我们接近这种状态，而仍在制造业的人们将有权说唱以前所未有的方式进行创新和构建。
多任务处理和自动化
可以肯定的是，到 2050 年，普通机床将实现完全自动化并且功能更强大。多任务处理将很普遍，也许几乎是普遍的。这种趋势已经确立。
正如美国三井精机（新泽西州富兰克林湖）董事长、行业资深人士 Scott Walker 所说：“在 2000 年代初，北美五轴机床市场有 150 台。今天是 3,000。机器还结合了磨削和铣削，或激光金属沉积和铣削，或磨削和加工硬化。”他补充说，虽然好处是能够在工作范围内完成更多工作，但“噩梦”是让所有这些功能正常、一致地运行。 “但随着技术、监控和软件都变得更好，这种情况将会改变。”
对于许多制造商来说，房间里的大象是 3D 打印将在多大程度上改变技术组合，除此之外，它对产品设计和许多其他问题的影响。到目前为止，增材制造的速度限制和高昂的原材料成本严重限制了其在原型制作之外的可行性。但 Wohlers Associates（科罗拉多州科林斯堡）的首席顾问兼总裁 Terry Wohlers 表示，到 2050 年，速度“将不再是敌人”。
以粉末床系统为例：大部分生产时间正在用激光追踪表面以熔化材料。 “但是现在可以使用在构建平台上同时工作的许多激光器的系统，”Wohlers 说。 “来自电子束的能量可以分成多达 100 束，以帮助加快这一过程。”另一方面，这些方法需要大量的能量，这是昂贵的。 Wohlers 认为我们将克服这些限制，也许是通过“直接利用太阳能来熔化材料，而不是插入440 插座。”
Wohlers 补充说，定向能量沉积在构建金属部件方面本质上比粉末床方法更快，但“用户可以创建的对象有限，并且在分辨率方面存在权衡，通常需要机械加工，有时需要大量加工。”这让我们回到了将增材制造与 CNC 铣削相结合的混合系统。与 Walker 一样，Wohlers 认为，让这两种方法和谐工作的问题将在未来 32 年内基本得到解决。
主张更多使用增材技术的另一个因素是材料成本的预期下降和更广泛的阵列可供选择。 “例如，今天的机器只能使用几十种热塑性塑料，”Wohlers 说，“但传统制造可使用数千种。”
也许更重要的是，目前用于 3D 打印的聚合物成本高达 50修道院类似聚合物的两倍离子制造。根据零件的大小，这使盈亏平衡点达到数百到数千个单位。但 Wohlers 表示，许多使用聚合物生产零件的机器的专利已经过期，导致使用成本更低的材料的新机器问世。 “收支平衡点将显着提高，因此增材制造将挑战注塑成型，用于更广泛的产品，包括更高容量的应用。”
金属也有类似的情况，但 Walker 是其中之一, 怀疑添加剂是否会在金属中实现成本概况，以证明替代传统方法是合理的。 Walker 说：“加热 60 吨重物并轧制金属板比用粉末金属或包层建造东西要容易得多。” “我将添加剂视为一种功能，您可以将其放入机器外壳中以增加流程的价值。但我不认为增材制造是炼钢的替代工艺，除非技术进步天使，我们到了使用不同类型能源进行分子操纵的地步。”
增材制造确实还有一个王牌，至少对于一些玩家来说是这样：能够创造出其他方式不可能实现的形式.这不仅打开了新产品和功能的潜力，还有助于缓解 3D 打印的速度问题。这是因为通过 3D 打印实现的开放式晶格结构可以用比实体结构少得多的材料实现许多应用所需的强度和刚度。而3D打印的生产速度与材料的立方体积成正比。奇怪的新结构与我们的下一个主题很好地重叠。
自动化的创意设计
在 Walker 看来，制造业有望在两个领域实现其最大的生产力提升，其中之一是将准备制造过程所需的所有工作数字化。 “今天的设计ner 从一个数字模型开始，然后生成一个刀具路径……然后有人设计一个夹具……然后您得到一个锻件……然后应用工程师将程序滴入机器并逐个刀具并监控切割的声音和效果它看起来如何……最终他得到了制造零件的机器……然后他改进了所有动作，以减少循环时间。”实际上更糟，因为获得初始设计也很麻烦。幸运的是，许多聪明人正在努力简化和加快此过程的每个部分。
GM 使用 Autodesk 的 Fusion 360 衍生式设计程序创建了一个座椅支架，重量减轻了 40%，重量减轻了 20%比它更换的支架更坚固，是八个部件的焊接件。 Fusion 360 生成超过150 个独特的设计过去需要考虑一个选项。图片由 GM 提供在前端，衍生式设计技术正在帮助越来越多的创意人员快速探索新的几何可能性。以 Autodesk（加利福尼亚州圣拉斐尔）的 Fashion 360 为例，该软件在云端运行，使用机器学习和人工智能 (AI) 自动生成数百种设计，每一种设计都满足设计师在强度、成本、制造方法方面的标准、材料等。更重要的是，Autodesk 的制造和生产战略总监 Bob Yancey 解释说，这些设计“不仅仅是一些不可能使用的理想化几何体，它们是真实可用的 CAD 模型，可以在 CAD 软件中进一步操作。”
它们也是 Yancey 所说的“制造意识”，这意味着他们从内置的所需制造方法开始，作为来自开始。 “因此，如果您指定零件需要能够在五轴 CNC 上加工，那么您的所有设计选项都将符合该约束条件，”他说。
它并没有消除需要一个人类设计师。正如 Yancey 所说，“以精确和专业的方式描述设计挑战是一项不会消失的工程技能。生成式设计软件的作用是为您提供比任何人自己想象的更多的设计选项，因此您更有信心考虑更多的选项并获得更好的结果。我们认为这是工程师与计算机，或人类智能与人工智能之间共同创造的未来。”
也许更深刻的是，这些设计往往令人吃惊并且优于人类的预想。正如微软（华盛顿州雷德蒙德）制造业社区/云 + AI 部门的主要行业负责人 Diego Tamburini 所说，“如果我坐在在我设计零件的 CAD 工具面前，基于几个世纪以前的设计，我已经对零件的外观有 1,000 个先入之见。人工智能没有这样的概念。虽然我同意自动化设计是一个难题，而且很难想象计算机设计复杂的项目，但我们必须认识到，相反，我们在很多情况下都生活在次优的人类设计中。”
我们的一些先入之见源于我们对原材料仅限于块材、棒材和板材的经验。但 3D 打印不仅限于这些原材料。它也不会限制它可以创建的形状。
如果你消除这些限制并让 AI 工作，生成设计通常会创建“与我们习惯的完全不同的形状。 Tamburini 说：“更有机，就像动物的骨头一样。” ü直到最近，3D 打印机还生产由固定程序定义的晶格、网格或蜂窝结构，但对其强度特性知之甚少。 “最新的拓扑优化工具可以生成具有一定强度的工程晶格和网格结构，”Wohlers 说。 “在未来，我们可能会看到由不同金属合金制成的超轻结构，它们比碳纤维复合材料更轻，而碳纤维复合材料的生产既费时又昂贵。”
Tamburini 说他见过这样的案例，其中计算机想出了一个不会激发人们信心的格子形状（它看起来太轻太脆弱），所以设计师用一些东西覆盖它，让它看起来更坚固。毕竟，人还是人。
加快进程
Make It In LA（洛杉矶）的创始人兼首席发起人 Krisztina “Z” Holly 强调了将更智能的组合的好处具有3D打印等新功能的软件技术（如虚拟现实）大大加快迭代产品开发周期。除了能够在流程早期从消费者那里获得更多反馈，这可能会带来更好的产品，她还指出，新工具使设计和构建流程民主化。
SLM Systems 和其他公司正在加速金属增材制造通过在构建平台上同时应用多个激光器。“这对我们如何创新以及创新者意味着什么？我认为，如果我们允许非工程师设计他们想要的产品类型，世界将会变得不同，”她说。 “企业家开办制造企业也将更容易。如果人们可以尽可能轻松地开展实体产品业务，将会有哪些产品可供使用数字产品业务？”
她设想的一个结果是：“两套技能变得非常有价值。一个是对这些系统进行编码的深入技术技能，并了解哪些有效，哪些无效的本质。”另一个是对客户需求和市场机会的同理心理解。
哪些技能变得不那么重要了？实际运行机器。从设计到 CAM 的过程将或多或少实现自动化。正如 Walker 解释的那样，如果设计模型包含有关材料的信息（这正在成为标准），那么机器应该“有智能来完成剩下的工作。从 8,000 个工具架中取出正确的工具，并以适当的速度遵循正确的工具路径。机器应具有视觉和听觉监控功能，以避免碰撞，还可以测量切割条件并相应地调整速度和进给。这就是应用工程师今天所做的事情。多么男人30 年后我们需要吗？希望没有。”
话虽如此，Holly 告诫不要只关注工作。首先，会有工作——只是不同的、更有创意的工作。其次，“重要的是保持本地创新，”她说。 “将设计和制造送到海外有很多负面影响。你失去了对知识产权的控制。这对环境不利。除非亲力亲为制造本身，否则您会看不到什么是可能的。”
按订单制造......在本地
似乎每个人都同意制造业将在地理上变得更加分散，a单个机床的成倍增加的能力极大地促进了这一过程。 Yancey 表示，许多制造商既希望降低风险，又希望使产品更贴近客户，以更好地适应市场。
Walker 同意并预测运输成本和环境影响将推动公司在当地生产。他补充说，还有政府强制抵消，其中制造商必须在一个国家/地区生产一定数量的零件才能在该国家/地区销售产品。另一个激励因素是在货币波动的情况下保持盈利能力，利润率收紧加剧了这一问题。
与此同时，定制化程度将大大提高，供应链将更加紧凑。正如 Tamburini 总结的那样：“预测需求和批量生产零件以满足预期需求的做法将被彻底颠覆。这将更接近于客户准确地告诉制造商他们想要什么，然后制造商才制造它。数字化和自动化正在使这个梦想在技术上什至在经济上更可行。”
这并不适用于所有产品，标准化、定制化和个性化之间的界限很模糊。但 Tamburini 确信 p通过预定义选项列表定制产品的做法将呈指数级增长。一些产品，如假肢和服装，可能完全是个性化的。同样，大多数制造商将是综合服务机构，而不是专家。这些机器将按需构建通过云传输的任何内容。
正如 Walker 所说，“如今，一家公司需要三到五年的合同来制造组件，因为购买、编程和维护的成本很高。装配一台机器以始终如一、准确地制造零件是一项巨大的工作。”使机器自动化和多功能，并消除大部分设置工作，制造变得更加灵活，也许利润率更低。正如洛杉矶的 Make It 的 Holly 所说，设计过程以及设计工具和界面变得更加重要。
让事物保持运转
数字化程度提高，“超连接， ” 人工智能应该大大提高我们保持生产运行的能力人力和停机时间的妈妈。 Tamburini 说，现在收集的大部分数据都用于监控工厂和整个供应链的情况。 “但我们开始问‘为什么’某些事情会发生，并使用人工智能来预测会发生什么。这个过程的下一阶段是使用人工智能和机器学习来实现自主响应。”
换句话说，有了足够的数据进行分析，机器学习就可以准确地预测特定的零件故障。凭借良好的决策算法和对车间所有生产需求的了解，系统还可以自行决定如何处理未决故障：订购零件、安排停机时间、将某些工作转移到备用机器等。你甚至可以设想一台机器可以自我修复或订购可以自我修复的机器人，尽管沃克说他认为我们永远不会摆脱对人工维护技术人员的需求。但是，他确实认为 mac海因斯将通过声音传达需要做什么——不需要手持设备或屏幕和控件。
Tamburini 说微软有一款头戴式产品 (HoloLens)，可以让你与周围的全息图互动。 “从某种意义上说，它将数字信息叠加在现实之上，赋予你超能力。人们发现增强现实可用于提供装配说明、QC 说明或维护说明等操作，从而减少培训需求。”例如，远程维护专家可以通过指向一个零件或指示如何移动零件来协助本地技术人员，就好像他们在同一家商店一起看同一件东西一样。
最后， Tamburini 指出，机器学习的优点之一是“当它们变得更好时，这种能力或知识可以立即传播到整个世界，因为它只是软件。所以每个人都变得更聪明，并且 b更好，假设我们可以共享数据。”他将此与依靠工厂专家进行对比，后者利用自己多年的经验来解读机器的声音等。 “传播这种知识非常具有挑战性。”
什么不会改变
就它出现的程度而言，专家们似乎并不认为制造业未来 30 年，精度将大大提高。 “我们现在的工作是在公差范围内，而确定精度的计量学是一个更大的问题，”正如沃克所说。 “获得更好耐受性的下一步将是分子操作，”（没有人预料到）。似乎也没有人认为加工速度会明显加快。即使是前面讨论的 3D 打印速度的改进也将更具进化性而非革命性——不如软件改进带来的生产力提高那么重要。同样，我们的电流生产微小部件的能力已经令人惊叹。 Wohlers 将小型化称为“寻找问题的部分解决方案。为数不多的应用之一是嵌入 3D 打印部件中的微型传感器。”
如果您担心这些变化，Walker 可能会用这个想法安慰您：“自 1780 年代以来，我们一直在调整制造。未来 30 年将会有更多调整，除非我们想出真正具有革命性的东西。”他问我是否有人说他们已经弄清楚如何操纵重力，这样我们就可以在不燃烧化石燃料的情况下飞向月球，他知道答案。想一想，也没有人提到阻止该人对机器进行改动的那条狗。
