摘要：工業(yè)4.0誕生以來，強化了數(shù)字化、數(shù)據(jù)驅動和互聯(lián)的工業(yè)所帶來的高度變革性影響。但是工業(yè)4.0沒有強調工業(yè)在全球范圍內(nèi)為人類提供長期服務的重要性，也沒有很好解決如何利用技術創(chuàng)新來促進工業(yè)與社會之間的協(xié)作和“雙贏”互動等問題。工業(yè)5.0系統(tǒng)地提出將勞動者作為工業(yè)生產(chǎn)的核心，從而實現(xiàn)就業(yè)和增長之外的社會目標，穩(wěn)健地提供繁榮。但是，工業(yè)5.0作為對工業(yè)未來發(fā)展的再思考，目前其研究尚處于探索階段，研究成果相對較少且缺乏系統(tǒng)性。首先回顧工業(yè)5.0的產(chǎn)生背景，分析工業(yè)5.0與工業(yè)4.0的區(qū)別，總結工業(yè)5.0以人為中心、可持續(xù)性、韌性和智慧性等四個主要特征。

在此基礎上對工業(yè)5.0的內(nèi)涵進行系統(tǒng)闡述，并探討工業(yè)5.0與社會5.0概念的關系。建立工業(yè)5.0的三維體系架構，給出工業(yè)5.0的使能技術體系和工業(yè)5.0的實現(xiàn)路徑，指出工業(yè)4.0使得數(shù)據(jù)成為企業(yè)生產(chǎn)要素組成部分中非常重要的一環(huán)，促進了數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展，而工業(yè)5.0將推動知識成為企業(yè)生產(chǎn)要素的重要組成部分并發(fā)揮重要作用，并推動知識經(jīng)濟快速發(fā)展。

關鍵詞：工業(yè)5.0；工業(yè)4.0；社會5.0；智能制造；人-信息-物理系統(tǒng)；以人為中心；知識驅動；韌性

中圖分類號：TG156

0 前沿

工業(yè)是國民經(jīng)濟的主導和支柱產(chǎn)業(yè)，能夠提供眾多的就業(yè)崗位并促進社會繁榮。從18世紀60年代開始至今，人類在200多年的時間里經(jīng)歷了多次工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命源于以水和蒸汽為動力的機械生產(chǎn)設備的發(fā)明與應用，使得工業(yè)勞動者從大量的體力勞動中得到了一定程度的解放，生產(chǎn)力得到了巨大提升；第二次工業(yè)革命則是源于以電為動力、基于勞動分工和流水線的大規(guī)模生產(chǎn)的實現(xiàn)，生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率都得到大幅提升，勞動者的技能趨于專業(yè)化；第三次工業(yè)革命的顯著特征則是電子技術和信息技術驅動的管理決策信息化和更高程度的設備自動化，工業(yè)勞動者大量的體力勞動和少量的腦力勞動被機器和軟件所替代，生產(chǎn)效率、管理能力、產(chǎn)品質量大幅提升，工業(yè)數(shù)據(jù)存儲形式開始由紙質文件轉為計算機存儲并由信息化系統(tǒng)進行管理。進入21世紀，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術的快速發(fā)展，德國在2011年提出了“工業(yè)4.0”的概念，因其強化了信息技術的進步以及數(shù)字化、數(shù)據(jù)驅動和互聯(lián)的工業(yè)所帶來的高度變革性影響，被認為是第四次工業(yè)革命。

工業(yè)4.0的內(nèi)涵是利用信息物理系統(tǒng)(Cyber-physical systems，CPS)，將生產(chǎn)中的供應、制造和銷售等信息數(shù)據(jù)化，最后達到快速、有效、個性化的產(chǎn)品供應；其本質是通過充分利用CPS，將制造業(yè)推向數(shù)字化和智能化的轉型。顯然，工業(yè)4.0是以數(shù)字世界與物理世界的深度融合為主要特征。工業(yè)4.0一經(jīng)提出，不僅為歐洲工業(yè)的創(chuàng)新、技術發(fā)展和數(shù)字化轉型提供了正確的指導原則，也受到了世界主要經(jīng)濟體的認可。

工業(yè)4.0提出后，目前許多制造公司正在融入和實現(xiàn)工業(yè)4.0的過程當中。雖然目前大部分企業(yè)并沒有完全實現(xiàn)工業(yè)4.0，但是工業(yè)4.0對整個價值鏈的不同領域已經(jīng)產(chǎn)生了巨大影響，如基于CPS的自治系統(tǒng)的出現(xiàn)，包括嵌入了智能組件并具備自感知、自分析、自診斷、自決策、自執(zhí)行和自適應能力的智能裝備、智能產(chǎn)線、智能工廠等，能夠大大提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質量、降低研發(fā)成本等，并為真正實現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)提供支撐。

但是，注重系統(tǒng)自治的工業(yè)4.0也帶來了一系列問題，如人的智能應該處于什么樣的角色，人被機器替代后的就業(yè)問題該如何解決。實際上，從工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性、保密性、專業(yè)性、領域性、巨大不確定性、社會性和綠色清潔等方面考慮，人的智能依然扮演了極其重要的角色。同時，工業(yè)在促進經(jīng)濟繁榮的同時不能把工業(yè)勞動者排除在就業(yè)崗位之外，否則可能會產(chǎn)生許多的社會問題；也不應該對環(huán)境造成極大的污染和破壞，這樣會影響工業(yè)勞動者的健康和人類的生存環(huán)境。因此，許多企業(yè)的決策層、技術專家、政策的制定者開始了對工業(yè)5.0的討論，擬系統(tǒng)地解決人和環(huán)境在工業(yè)生產(chǎn)過程中的地位問題。此外，隨著2020年全球疫情的爆發(fā)給世界各國經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈帶來的巨大沖擊，國家乃至全球工業(yè)體系應對未知風險的能力也成為一個不可忽視的議題，這也在一定程度上推動了世界主要發(fā)達經(jīng)濟體對未來工業(yè)發(fā)展的一個再思考，即工業(yè)5.0：以人為中心、知識驅動的智慧化時代。

1 工業(yè)5.0的起源與發(fā)展

隨著新一代信息技術的飛速發(fā)展以及與工業(yè)的深度融合，基于當前全球氣候變暖、環(huán)境污染加重、資源能源持續(xù)消耗和工業(yè)競爭壓力不斷增大等諸多挑戰(zhàn)，在歐洲開始提出工業(yè)5.0的概念，并以此描述工業(yè)發(fā)展的遠景目標，且將其作為人類追求社會繁榮穩(wěn)定所需要的解決方案。他們認為工業(yè)5.0是以一種可持續(xù)的方式來提高生產(chǎn)力，同時不應將工業(yè)勞動者移出制造業(yè)領域。比如ATWELL[1]認為可以將單調的、重復的任務留給機器，將創(chuàng)造性的工作向人類開放。這樣不僅可以令工作人員承擔更多的責任，而且也會加強對工業(yè)系統(tǒng)的監(jiān)督，從而全面提升生產(chǎn)質量。這類觀點主要是從宏觀層面對工業(yè)5.0提出自己的見解，并認為之前的工業(yè)革命要么以犧牲環(huán)境和消耗大量資源能源為代價來追求經(jīng)濟增長，不具備可持續(xù)性；要么存在大量工業(yè)勞動者的就業(yè)機會被機器所取代的問題，不符合“為人民服務的經(jīng)濟”理念。另外，PASCHEK等[2]通過采訪一些專家和企業(yè)代表，分析和評價了工業(yè)5.0對商業(yè)的潛在影響；并指出很多企業(yè)都在實現(xiàn)工業(yè)4.0的過程中，并沒有意識到工業(yè)5.0的到來以及工業(yè)5.0將給工業(yè)和商業(yè)帶來的巨大價值，因此呼吁企業(yè)需要著手準備。他們也指出工業(yè)5.0強調從大規(guī)模自動化到增強工業(yè)勞動者能力和通過產(chǎn)品定制實現(xiàn)個性化的一個轉變，是工業(yè)發(fā)展的下一個層次。

從技術角度，學者們對工業(yè)5.0的研究主要集中在人與機器的深度協(xié)作，由此產(chǎn)生了人在回路里和人在回路上兩類主要的智能系統(tǒng)。一方面，人在回路里是指在整個系統(tǒng)中，機器為一個特定的命令執(zhí)行一個任務，然后在繼續(xù)之前停止并等待人的下一個命令。人在回路上的系統(tǒng)是一個能夠獨立、完整執(zhí)行任務的自治系統(tǒng)，而人的角色是可以提供系統(tǒng)無法獲得的專業(yè)知識，并可以對系統(tǒng)不知道或者意識不到的問題做出響應[3-4]。自治系統(tǒng)并不意味著將人排除在外，而是通過人機協(xié)作達到關鍵的性能指標[5]。當前研究較多的工業(yè)自治系統(tǒng)是能夠和人安全可靠協(xié)作的智能機器人，也被稱為合作機器人。RICHERT等[6]認為這類機器人不僅能夠和人實現(xiàn)物理層面的交互，還能夠彼此分享知識和互相學習。NAHAVANDI等[7]認為工業(yè)5.0將是一個以人為中心的解決方案，合作機器人將是其中一個重要的組成部分，并給出了一個基于合作機器人的典型應用場景。在該應用場景中，合作機器人不僅可以通過相機等視覺手段感知到人的位置和狀態(tài)，還可以通過觀看和學習人的操作來預測和明白人的意圖；并在人進行手工操作的時候，把其執(zhí)行下一步操作所需要的物品提前準備好。另外，也有許多文獻并沒有把對人機協(xié)作的研究直接歸到工業(yè)5.0，而是在工業(yè)4.0背景下的進一步深入。比如，ZHOU等[8]提出的新一代智能制造是以人-信息-物理系統(tǒng)(Human-cyber-physical system，HCPS)為核心，而不僅僅是信息-物理系統(tǒng)CPS；并指出新一代智能制造系統(tǒng)突出了人在制造系統(tǒng)的中心地位，是統(tǒng)籌協(xié)調“人”、“信息系統(tǒng)”和“物理系統(tǒng)”的綜合集成大系統(tǒng)。同時，新一代智能制造系統(tǒng)將使人類從更多體力勞動和大量腦力勞動中解放出來，使得人類可以從事更有意義的創(chuàng)造性工作，不僅將使制造業(yè)的質量和效率躍升到新的水平，而且人類社會開始真正進入“智能時代”[9]。顯然這已經(jīng)超出了工業(yè)4.0原有的定義范疇，并與工業(yè)5.0以人為中心的理念不謀而合。NGOC等[10]綜述和分析了工業(yè)4.0背景下以人為中心的設計案例，在此基礎上給出了其未來的發(fā)展機會和潛在研究點，包括體驗驅動的人機協(xié)同可視化智能系統(tǒng)設計、考慮人的文化程度和背景的人機協(xié)作系統(tǒng)設計等。

除了人在工業(yè)系統(tǒng)中的角色定位問題，從第二次工業(yè)革命開始，巨大的環(huán)境污染和資源能源消耗問題就一直困擾著工業(yè)的發(fā)展，全球性的氣候變暖、水資源的污染、局部地區(qū)的大氣污染、不可再生能源的大量消耗等議題備受關注。盡管這些問題在很長一段時間內(nèi)沒有受到政府、工業(yè)企業(yè)和學術界的關注，但是在最近幾十年，許多學者開始從地球環(huán)境的可持續(xù)性對工業(yè)系統(tǒng)進行研究，并從減少工業(yè)過程資源消耗、降低生產(chǎn)過程能耗、實現(xiàn)清潔低碳制造等角度對綠色制造[11-12]和綠色調度[13]、再制 造[14-15]和可持續(xù)制造[16-17]等方向開展了大量研究。另外，一些國際性的組織包括聯(lián)合國和世界貿(mào)易組織也在積極推動各國政府出臺相應的政策來保護地球環(huán)境。盡管如此，工業(yè)4.0并沒有過多強調工業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展問題，只是從如何利用工業(yè)維持經(jīng)濟繁榮的角度考慮了生產(chǎn)效率提升、商業(yè)模式改變、企業(yè)通過數(shù)字化智能化轉型升級實現(xiàn)價值創(chuàng)造等議題。

基于已有研究和工業(yè)4.0在應對一些社會共性問題存在的不足，在政府層面，歐盟委員會研究與創(chuàng)新總局在工業(yè)4.0基礎上提出了工業(yè)5.0的概念，在2020年組織了兩次針對工業(yè)5.0的研討會，并在2020年9月發(fā)布了報告《工業(yè)5.0的使能技術》[18]，在2021年1月正式發(fā)布了首個工業(yè)5.0白皮書《工業(yè)5.0：邁向可持續(xù)、以人為中心且富有韌性的歐洲工業(yè)》[19]。他們認為工業(yè)4.0誕生10年以來，更加注重提高企業(yè)生產(chǎn)效率以及靈活的數(shù)字化、人工智能驅動技術，卻沒有注重歐洲原有的社會公平價值觀和可持續(xù)發(fā)展原則。同時，他們認為工業(yè)4.0更偏向于一種技術經(jīng)濟遠景，即描述了工業(yè)將如何利用非工業(yè)環(huán)境下的、更普遍的技術進步來更好地應對動態(tài)變化的世界和經(jīng)濟。然而，工業(yè)變革的浪潮會產(chǎn)生漣漪效益，其不僅會提高工廠車間的生產(chǎn)力、改變固有的生產(chǎn)關系和生產(chǎn)模式，更會對社會產(chǎn)生變革性的影響，比如對地球環(huán)境、對工業(yè)勞動者、對社會穩(wěn)定、甚至對人類的生存發(fā)展產(chǎn)生影響。此外，突發(fā)的新冠疫情給全球的供應鏈和產(chǎn)業(yè)鏈帶來了巨大沖擊，引發(fā)了各國對現(xiàn)有工業(yè)體系及其運作模式的重新思考。因此，為了給歐洲工業(yè)的未來發(fā)展和社會繁榮提供一個連貫的愿景，歐盟委員會認為需要對當前的工業(yè)4.0模式進行補充和擴展，需要將以人為中心、可持續(xù)發(fā)展和富有韌性等理念融入到歐洲工業(yè)的發(fā)展過程當中，并稱之為“工業(yè)5.0”。在白皮書中，歐盟給出了工業(yè)5.0的定義：工業(yè)5.0認識到工業(yè)的力量，通過使生產(chǎn)尊重地球的邊界，將工業(yè)勞動者的利益置于生產(chǎn)過程的核心，從而實現(xiàn)就業(yè)和增長之外的社會目標，穩(wěn)健地提供繁榮。

除此之外，在價值創(chuàng)造方面，數(shù)據(jù)驅動的智能制造是工業(yè)4.0的重要特征之一，如何充分利用所獲取的工業(yè)大數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0需要解決的瓶頸難題之一[20]。同時，工業(yè)4.0主要是通過數(shù)據(jù)的自動流動來提升產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和服務的效率，其支撐是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)要素互聯(lián)和業(yè)務互聯(lián)。但是，數(shù)據(jù)積累并不能產(chǎn)生價值，只有將數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔⒑椭R、進而輔助人機進行決策和優(yōu)化才能產(chǎn)生價值。因此，隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，更多的隱性知識不斷被顯性化，工業(yè)知識也不斷積累。如何充分利用知識推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和價值創(chuàng)造將是未來工業(yè)發(fā)展的重要方向之一，而如何實現(xiàn)工業(yè)知識的傳遞、分享、協(xié)同、聚類，如何構建工業(yè)知識網(wǎng)絡和知識服務體系等將是需要解決的難題。同時，工業(yè)系統(tǒng)中的人、機、物之間不僅有數(shù)據(jù)和信息層面的交互，也將有知識和智能層面的互動，比如知識分享、知識交互、知識協(xié)同、知識融合和知識學習等，這將使產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和服務效率躍升到一個新的臺階，也必將催生出以智慧工業(yè)為目標的新應用、新服務和新模式，比如社會化大規(guī)模定制[21]、個性化的自主制造等。

總體而言，工業(yè)5.0與已有的四次工業(yè)革命在理念上有不同程度的提升，并主要具有以下四個方面的特征，具體包括以人為中心、可持續(xù)性、韌性和智慧性。需要說明的是，歐盟發(fā)布的首個工業(yè)5.0白皮書[19]中提到工業(yè)5.0具有以人為中心、可持續(xù)性、韌性三個特征。本文新增了一個特征：智慧性。

(1) 以人為中心：關注社會問題，回歸以人為中心的價值定位。顯然，工業(yè)的存在不僅是要促進經(jīng)濟增長，更是要服務于社會的每個獨立個體。以往的工業(yè)革命主要是通過機械化和自動化的設備、人工智能系統(tǒng)、工業(yè)軟件等替代人類繁重的體力勞動、危險的生產(chǎn)活動或部分的腦力勞動，從而提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全性和產(chǎn)品質量一致性等，并解放人類做一些更具創(chuàng)新性的工作。但是更高程度的自動化技術以及以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等為代表的新一代信息技術的出現(xiàn)，也帶來了許多的社會問題甚至是倫理問題，比如人工智能系統(tǒng)是否將逐漸取代人類甚至超過人類？人類的主導地位是否會被機器完全取代？是否會有更多人會因此失業(yè)？這是自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化程度日益發(fā)達的工業(yè)4.0時代需要思考的問題。工業(yè)5.0概念的提出則給這些問題提供了清晰的答案，就是要回歸以人為中心的價值定位。不僅要確立人在生產(chǎn)制造過程和工業(yè)系統(tǒng)中的主導和決策地位，也要關注人的安全、舒適、就業(yè)、培訓、技能提升等問題。

(2) 可持續(xù)性：關注環(huán)境和能源問題，注重工業(yè)發(fā)展可持續(xù)。以往的工業(yè)革命更加注重生產(chǎn)力的提升和生產(chǎn)模式的改變對社會經(jīng)濟的巨大推動作用，研究范圍往往局限在工廠和車間，對工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究不夠。比如第一次工業(yè)革命推動了手工作業(yè)向機械作業(yè)的轉變，第二次工業(yè)革命推動了大規(guī)模生產(chǎn)，第三次工業(yè)革命推動了更高程度的自動化，第四次工業(yè)革命推動了工業(yè)互聯(lián)和大規(guī)模定制化生產(chǎn)。前三次工業(yè)革命均是通過工廠和車間內(nèi)部生產(chǎn)力的提升和生產(chǎn)模式的改變來推動生產(chǎn)效率的大幅提升，從而實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，推動經(jīng)濟增長。新一代信息技術驅動的工業(yè)4.0除了關注企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，也關注供應鏈上下游企業(yè)間的橫向集成以及面向產(chǎn)品全生命周期的端到端集成，其關注點仍然是通過推動企業(yè)的數(shù)字化和智能化轉型，實現(xiàn)工廠或車間生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量的提升。隨著歐洲《綠色新政》的提出，以及非可再生能源的逐步減少和全球變暖導致極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)等情況，考慮環(huán)境和能源的可持續(xù)制造和綠色制造成為工業(yè)發(fā)展過程中必須重視的一個維度。回顧200多年的工業(yè)發(fā)展史，世界各國在工業(yè)化的初期多數(shù)是以破壞環(huán)境和消耗大量資源能源為代價；但是在工業(yè)化基本完成之后，環(huán)境友好、清潔低碳、資源能源的合理利用是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中必須要考慮的因素。因此，除了歐洲，中國也提出了“碳達峰碳中和”的遠景目標和計劃。所有這些都說明了工業(yè)的發(fā)展必須平衡好地球環(huán)境的邊界。

(3) 韌性：關注工業(yè)系統(tǒng)的抗風險能力，以應對類似新冠疫情等全球性突發(fā)事件。當前的工業(yè)4.0時代是萬物互聯(lián)的時代，企業(yè)內(nèi)互聯(lián)、企業(yè)間互聯(lián)、供應鏈互聯(lián)、產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)、人-機-物-環(huán)互聯(lián)給企業(yè)應對各種不確定性，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場競爭力提供了可能。但是在新冠疫情出現(xiàn)之前，世界各國對于工業(yè)的韌性卻很少關注。在這個背景下，工業(yè)5.0不僅關注企業(yè)自身應對外在不確定性因素的能力，比如市場、供應鏈、客戶的不確定性，而且開始關注更大范圍的工業(yè)體系的韌性，比如行業(yè)、整個產(chǎn)業(yè)鏈、乃至一個國家或者地區(qū)的工業(yè)體系面對未知風險的抵抗能力，以應對大范圍甚至是全球性的突發(fā)事件，或者是其他國家的技術封鎖等。值得注意的是，國家也在加強相關工作布局，比如2021年7月中央政治局會議提出，要強化產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性；國家主席習近平在北京以視頻方式出席二十國集團領導人第十六次峰會第一階段會議時指出，要維護產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈安全穩(wěn)定，暢通世界經(jīng)濟運行脈絡，并倡議舉辦產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性與穩(wěn)定國際論壇。

(4) 智慧性：關注工業(yè)知識的賦能作用，推動智慧工業(yè)建設和知識經(jīng)濟發(fā)展。工業(yè)4.0重點實現(xiàn)三大集成，即企業(yè)內(nèi)集成、企業(yè)間集成、產(chǎn)品全生命周期價值鏈端到端集成。具體包括人、機、物等生產(chǎn)要素的互聯(lián)、企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間的業(yè)務互聯(lián)，以及產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的互聯(lián)，其主要是數(shù)據(jù)和信息層面的集成與交互。隨著大數(shù)據(jù)智能、人機混合智能、跨媒體智能等新一代人工智能技術的加速發(fā)展和戰(zhàn)略性突破，基于知識流的智慧工業(yè)將成為未來工業(yè)發(fā)展的制高點。因此，如何在數(shù)據(jù)和信息集成的基礎上深度融合新一代人工智能和知識工程技術，從而實現(xiàn)知識的流動、互聯(lián)與協(xié)同，進而支撐智慧工業(yè)建設和推動知識經(jīng)濟發(fā)展將是未來工業(yè)的發(fā)展方向，也必將引發(fā)百年來工業(yè)新業(yè)態(tài)、新模式、新服務、新應用的重大變革。

因此，相比于工業(yè)4.0，工業(yè)5.0在理念上有巨大轉變，并對工業(yè)發(fā)展需要考慮的維度進行了擴充，除了經(jīng)濟增長，還應包括環(huán)境、能源、資源、就業(yè)、價值觀等社會其它方面。當然，歐盟提出工業(yè)5.0有它自身的需要，包括如何在《地平線歐洲》的基礎上制定更加符合當前《歐洲綠色新政》和“為人民服務的經(jīng)濟”理念的工業(yè)發(fā)展路徑，如何應對疫情和加劇的工業(yè)市場競爭帶來的挑戰(zhàn)等。由于理念的提升與差異，在使能技術層面，工業(yè)5.0與工業(yè)4.0相比也會存在一定的差異，同時也帶動一些新興技術的發(fā)展。當然，由于工業(yè)5.0和工業(yè)4.0概念提出的時間間隔很短，有些技術兩者是共用的，甚至有些技術在工業(yè)4.0提出前就有了一定的研究，比如綠色制造、可持續(xù)制造等。需要指出的是，新理念的提出也會對已有技術的發(fā)展指明新的方向，所以從這個角度出發(fā)，工業(yè)5.0的提出也是非常必要和及時的。

2 工業(yè)5.0的內(nèi)涵

從當前工業(yè)5.0的發(fā)展來看，其初步研究主要還是集中在概念闡述、特征分析和人機協(xié)同等方面，研討的范圍多局限在歐洲。同時，目前工業(yè)5.0主要作為對工業(yè)發(fā)展的遠景目標和對工業(yè)4.0的補充，其研究尚處于探索階段，研究成果相對較少且缺乏系統(tǒng)性。本文總結國內(nèi)外關于工業(yè)5.0的相關研究成果，提出工業(yè)5.0內(nèi)涵體系框架。

2.1 工業(yè)5.0的定義

綜合考慮已有的工業(yè)5.0相關解釋，筆者在歐盟白皮書對于工業(yè)5.0定義的基礎上，給出自己的定義：工業(yè)5.0通過使生產(chǎn)尊重地球的邊界，以及人、機、物、環(huán)在知識層面的交互、協(xié)同與融合，將工業(yè)勞動者及其利益置于生產(chǎn)過程的核心，從而實現(xiàn)包括經(jīng)濟增長之外的多種社會目標，穩(wěn)健地、可持續(xù)地提供繁榮的一種工業(yè)生產(chǎn)模式。

2.2 工業(yè)5.0的主要特點

與工業(yè)4.0具有互操作性、信息透明、分布式智能、信息物理融合等特點[23-24]不同，工業(yè)5.0具有其它一些特點，具體可歸納為：人是決策主體、人是服務對象、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)、未知風險可抵抗、知識互聯(lián)的智慧時代。

(1) 人是決策主體。工業(yè)5.0強調以人為中心，即人在生產(chǎn)過程中的核心地位，人依然是決策主導，機器/人工智能系統(tǒng)是輔助。人的創(chuàng)造性和應對不確定情況的快速應變能力是工業(yè)生產(chǎn)過程中至關重要的一環(huán)，應當充分挖掘，從而使產(chǎn)品創(chuàng)新和質量效率提升躍升到一個新的高度。

(2) 人是服務對象。工業(yè)5.0關注工業(yè)能夠實現(xiàn)的除經(jīng)濟增長之外的其他社會目標，第一就是要服務于人。一直以來人都是工業(yè)發(fā)展和改革過程中服務的對象和中心，脫離了以人為中心的目標就失去了工業(yè)發(fā)展和改革的意義。工業(yè)發(fā)展的目的不是要讓機器完全替代人，而是要將人從繁重的體力勞動、危險勞動和重復性的腦力勞動中釋放出來，從而充分保護工業(yè)勞動者并發(fā)揮人的經(jīng)驗與智慧；并能輔助人完成更多具有挑戰(zhàn)性的工作，或者輔助提升工業(yè)勞動者的技能、為每一個愿意工作的人提供幫助、創(chuàng)造更多新的就業(yè)崗位等。同時，工業(yè)也應該提供工業(yè)勞動者更為舒適安全的工作環(huán)境，且不能破壞人類的生存環(huán)境。

(3) 綠色環(huán)?？沙掷m(xù)。工業(yè)5.0強調地球環(huán)境、資源和能源約束下的工業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性，主要包括低碳制造、綠色清潔生產(chǎn)、資源高效和重復利用等三個方面。① 低碳制造：全球氣候持續(xù)變暖背景下亟需控制碳的排放量；② 綠色清潔生產(chǎn)：減少有害氣體、有害物質的排放，減少水污染、大氣污染等對環(huán)境的破壞，同時保護工業(yè)勞動者在生產(chǎn)過程中不受有毒氣體的危害；③ 資源高效和重復利用：全球資源有限情況下需要減少資源的消耗和浪費，或者對資源進行回收和再利用，推動工業(yè)可持續(xù) 發(fā)展。

(4) 未知風險可抵抗。在全球疫情的背景下，工業(yè)的韌性就顯得至關重要。工業(yè)5.0作為未來工業(yè)發(fā)展的愿景，必須強調工業(yè)體系應該具備的應對各種不確定性因素和全球突發(fā)事件的能力，以便能夠穩(wěn)健地提供社會繁榮。

(5) 知識互聯(lián)的智慧時代。工業(yè)4.0主要強調 人-機-物-環(huán)在數(shù)據(jù)和信息層面的集成與互聯(lián)，并使得數(shù)據(jù)成為企業(yè)生產(chǎn)要素，促進了數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展；工業(yè)5.0還強調人-機-物-環(huán)之間在知識層面的集成與互聯(lián)，包括知識的傳遞、分享、交互、學習與融合提升，以及工業(yè)生產(chǎn)鏈、價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的知識匯聚、重組與體系構建，將推動知識成為企業(yè)生產(chǎn)要素，并推動知識經(jīng)濟快速發(fā)展。這不僅將從本質上提高工業(yè)系統(tǒng)處理復雜性和不確定性問題的能力，而且能夠催生出知識驅動的新業(yè)態(tài)、新模式和新應用，比如工業(yè)知識服務、工業(yè)知識協(xié)同、工業(yè)決策自動化等，進而實現(xiàn)智慧工業(yè)，并推動人類社會真正邁入“知識經(jīng)濟時代”和“智慧時代”。

2.3 工業(yè)5.0體現(xiàn)了以人為本的核心價值觀

以往的工業(yè)革命都是通過解放生產(chǎn)力或改變生產(chǎn)模式來推動社會經(jīng)濟發(fā)展，并在此基礎上帶來就業(yè)與繁榮，均是以經(jīng)濟增長為中心的發(fā)展模式。在整個發(fā)展過程當中，更強調機器能力的大幅提升所帶來的生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的提升，比如機器的動力來源從蒸汽到電氣，機器的操作從手工到自動化控制，機器的決策由單一到網(wǎng)絡化互聯(lián)后的群智決策。隨著機器的動力化、自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化程度的大幅提升，人在生產(chǎn)過程中的角色正在不斷削弱，大部分工業(yè)勞動者存在失業(yè)風險，尤其是工業(yè)4.0時代“機器換人”浪潮的涌現(xiàn)。同時，環(huán)境的破壞和資源能源的大量消耗也讓人類的生活生存環(huán)境受到了一定程度的破壞，極端天氣開始增多。工業(yè)5.0則改換思路，在機器能力提升的同時也要提升或者充分挖掘人所特有的能力，使得人、機器能夠同步提升，而不僅僅只是機器的提升。人作為非常重要的生產(chǎn)要素，具有極大的潛力，在工業(yè)系統(tǒng)中應當充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性、敏捷性等各種能力。另外，人作為工業(yè)創(chuàng)造的主體，工業(yè)的目的應當是服務于人。工業(yè)5.0再次將工業(yè)發(fā)展的目標拉回到以人為中心，包括人的生存環(huán)境、人的生活環(huán)境、人的工作環(huán)境、人的個人隱私和人的社會價值體現(xiàn)等，而不僅僅是生產(chǎn)力提升和經(jīng)濟增長。

2.4 工業(yè)5.0時代的工業(yè)系統(tǒng)將是人-信息-物理系統(tǒng)

工業(yè)4.0的核心是信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合，并注重物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術驅動下的工業(yè)系統(tǒng)自治能力，包括自感知、自分析、自組織、自決策、自適應、自學習等。在工業(yè)5.0時代，智能機器將代替人類大量的體力勞動和相當部分的腦力勞動，人類則可以從事更多創(chuàng)造性的工作。這點與新一代智能制造的理念相似，其工業(yè)系統(tǒng)組成將是人、“信息系統(tǒng)”和“物理系統(tǒng)”的深度融合與協(xié)作的綜合集成大系統(tǒng)，即人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)。人的智慧與機器智能將能夠相互啟發(fā)、互相學習、彼此增長，從而使工業(yè)的知識型工作逐步向自主智能化方向發(fā)生轉變，進而突破當今工業(yè)發(fā)展所面臨的瓶頸和困難[25-26]。

2.5 工業(yè)5.0的目標之一是實現(xiàn)“碳達峰碳中和”

工業(yè)推動經(jīng)濟發(fā)展不能以破壞環(huán)境和大量消耗資源為代價，而應該是可持續(xù)發(fā)展。多數(shù)經(jīng)濟體在工業(yè)發(fā)展初期均已破壞環(huán)境和消耗資源為代價促進經(jīng)濟增長，但是在21世紀的今天，環(huán)境的問題凸顯，資源的有限也是需要面對的難題。顯然，在全球氣候變暖背景下，“碳達峰碳中和”是工業(yè)5.0要達到的一個目標。

2.6 工業(yè)5.0是對工業(yè)4.0在技術和理念方面的雙重提升

工業(yè)5.0遠遠超出了工業(yè)4.0定義的范疇。工業(yè)5.0不僅僅包含工業(yè)4.0當中所提到的數(shù)字世界與物理世界的深度融合即CPS，更是將人的智慧納入到其中，形成以人為核心的HCPS系統(tǒng)。不僅如此，工業(yè)5.0超出了以往工業(yè)革命只注重經(jīng)濟增長的目標，更在環(huán)境保護、以人為中心等方面提出了新的要求，在理念上更為先進，也更符合當前社會發(fā)展的趨勢和所面臨的挑戰(zhàn)。同時，工業(yè)4.0多關注集成，工業(yè)5.0在此基礎上對集成后的韌性和穩(wěn)健性進行了愿景描述，是對工業(yè)4.0的一個補充。因此，工業(yè)5.0不僅在理念上對工業(yè)4.0有了較大的提升，注重了當前工業(yè)發(fā)展過程中存在的突出問題，包括環(huán)境問題、就業(yè)問題、應對突發(fā)事件的能力問題等。同樣，理念上的提升對技術也提出了更高的要求，其在技術層面也對工業(yè)4.0已有的使能技術進行了擴展，包括機器智能與人的智慧的深度交互、人-機-物-環(huán)在知識層面的交互協(xié)同與共融、可持續(xù)制造、綠色制造、工業(yè)知識體系構建等。

3 工業(yè)5.0與社會5.0

為解決本國存在的一系列社會問題和需要面對的挑戰(zhàn)，日本政府在2016年1月推出的“第五期科學技術基本計劃(2016—2020)”中提到了一種新型的社會形態(tài)：“社會5.0”，也被稱為“超智能社會”。具體而言，是指人類的社會發(fā)展經(jīng)歷了五個階段。

在“社會”這一概念中，人們的生活保障方式直接關系到社會建設方式。后綴數(shù)字“1.0”到“5.0”，與歷次工業(yè)革命的時間尺度截然不同，而且要長得多。其中，在前工業(yè)化時期(直到18世紀末)，分別對應“狩獵社會(社會1.0)”、“農(nóng)耕社會(社會2.0)”?！吧鐣?.0”是一個工業(yè)社會，大致對應第一次、第二次和第三次工業(yè)革命的部分時期?！吧鐣?.0”的特點是“信息”占主導地位，可以說它是從第三次工業(yè)革命的高度數(shù)字化時期開始演變至今。“社會5.0”是一種對未來假想的新型社會形態(tài)，是能夠細分掌握社會的種種需求，并超越年齡、性別、地區(qū)和語言差異，將必要的物品和服務，在必要的時間、以必要的程度提供給需要的人，讓所有人都能享受優(yōu)質服務、快樂舒適生活的社會。

社會5.0與工業(yè)5.0在某種程度上實現(xiàn)了融合交匯。雖然社會5.0與工業(yè)5.0在劃分方式、時間跨度等方面有所不同，但是兩者在出發(fā)點、目標、導向等許多方面有相似之處，主要體現(xiàn)在以下三點。

(1) 出發(fā)點。以人為中心。兩者提出的出發(fā)點均是以人為中心。工業(yè)5.0旨在突出人在工業(yè)中的主導地位，并解決與人相關的就業(yè)、隱私、技能培訓、工作環(huán)境、生活環(huán)境等社會問題；社會5.0則是一個“以人為中心”的社會，其目標就是要為人提供優(yōu)質、高效、個性化的按需服務。

(2) 目標。經(jīng)濟發(fā)展與社會問題的平衡。前四次工業(yè)革命都只注重工業(yè)對經(jīng)濟發(fā)展的推動作用，卻忽略了就業(yè)、環(huán)境污染、氣候變暖、資源短缺等社會和環(huán)境問題。工業(yè)5.0和社會5.0則不局限于制造業(yè)，而是要在經(jīng)濟發(fā)展與解決社會問題之間取得平衡，并認為未來的工業(yè)發(fā)展將能夠幫助應對當前存在的各類社會問題和疫情等未知風險。

(3) 以問題為導向。社會5.0是日本為解決本國存在的人口老齡化、少子化、資源能源相對匱乏等社會問題而推出的工業(yè)和社會發(fā)展戰(zhàn)略，旨在通過整合物理空間和虛擬空間，來應對更大的社會挑戰(zhàn)。歐盟推出工業(yè)5.0也是期待未來歐洲工業(yè)的發(fā)展能夠符合綠色新政，并解決人的就業(yè)、隱私、技能培訓、疫情等一系列社會問題，從而穩(wěn)健地提供繁榮。

4 工業(yè)5.0的三維體系架構

目前國內(nèi)外對工業(yè)5.0的系統(tǒng)性研究成果較少，本文從價值維、組織維、目標維構建工業(yè)5.0的三維體系架構。

4.1 工業(yè)5.0的價值維

在研發(fā)設計環(huán)節(jié)的價值創(chuàng)造和優(yōu)化主要體現(xiàn)在產(chǎn)品創(chuàng)新方面。工業(yè)4.0主要通過數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化等技術來實現(xiàn)面向客戶需求的個性化定制設計或優(yōu)化產(chǎn)品的功能和性能，進而提高產(chǎn)品的附加值；或通過研發(fā)設計模式的創(chuàng)新升級來提高產(chǎn)品研發(fā)的效率和質量，縮短新產(chǎn)品上市周期[27]。其目標主要是通過滿足客戶個性化需求、優(yōu)化產(chǎn)品功能和性能等手段實現(xiàn)產(chǎn)品價值增值，從而提升企業(yè)的盈利能力和市場競爭力，拉動經(jīng)濟增長。工業(yè)5.0則不同，其目標不僅僅是經(jīng)濟增長，因此需要在工業(yè)4.0的基礎上，通過面向環(huán)境友好的產(chǎn)品設計、面向可回收和再制造的產(chǎn)品設計、基于平臺的眾創(chuàng)眾包設計、數(shù)字孿生增強的創(chuàng)新設計等技術手段實現(xiàn)以人為中心、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)等目標。

在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的價值創(chuàng)造和優(yōu)化主要體現(xiàn)在生產(chǎn)智能化方面。工業(yè)4.0階段主要通過具有自治能力的智能工業(yè)系統(tǒng)以及人、機、物等工業(yè)全要素在數(shù)據(jù)和信息層面的互聯(lián)等手段來全面提升車間生產(chǎn)和管理水平，從而實現(xiàn)高效、柔性、優(yōu)質、安全生產(chǎn)，進而提高企業(yè)對市場波動、客戶個性需求等不確定性因素的快速響應能力。工業(yè)5.0階段主要通過人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)的深度融合以及人、機、物等工業(yè)全要素在知識層面的互聯(lián)來大幅提升車間生產(chǎn)和管理水平，充分發(fā)揮人在生產(chǎn)過程中的創(chuàng)造力、決策力、經(jīng)驗知識和應對突發(fā)事件的快速響應能力，并在實現(xiàn)高效優(yōu)質生產(chǎn)的同時考慮能耗、資源消耗、有害物質排放含量等環(huán)境指標，從而實現(xiàn)低碳、綠色、清潔生產(chǎn)，減少資源和能源浪費，確保工業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。

在運維服務階段的價值實現(xiàn)主要體現(xiàn)在服務模式融合創(chuàng)新方面。工業(yè)4.0階段一方面實現(xiàn)以用戶為中心的智能化服務，如在線個性定制、遠程運維、預測性維護等，另一方面實現(xiàn)價值鏈延伸和服務模式創(chuàng)新，如服務型制造業(yè)、云制造服務等。工業(yè)5.0階段則可以在工業(yè)4.0的基礎上，通過虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等手段探索出更多以用戶為中心的智能化體驗服務，比如產(chǎn)品線上體驗、產(chǎn)品使用和維修遠程培訓等。

在報廢回收階段的價值實現(xiàn)主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的再制造。工業(yè)4.0并沒有對產(chǎn)品的報廢與回收環(huán)節(jié)進行過多的考慮；工業(yè)5.0一方面通過產(chǎn)品的回收利用與再制造技術來推動綠色環(huán)保可持續(xù)目標的實現(xiàn)，另一方面也可以提高資源利用率，減少新產(chǎn)品的制造成本。

此外，研發(fā)設計、生產(chǎn)制造和運維服務等各環(huán)節(jié)的大集成作為工業(yè)4.0的重要特征，也是工業(yè)5.0實現(xiàn)價值創(chuàng)造和優(yōu)化的重要方面。除此以外，把產(chǎn)品報廢、回收或再制造過程納入整個集成環(huán)節(jié)將是工業(yè)5.0額外關注的重點。

4.2 工業(yè)5.0的目標維

工業(yè)5.0的目標維度代表了其相對于工業(yè)4.0關注點的不同。工業(yè)5.0在關注工業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率提升帶來社會經(jīng)濟增長的同時，也關注以人為中心的價值觀的體現(xiàn)、地球環(huán)境的保護以及工業(yè)的韌性。關注點的不同對產(chǎn)品研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、運維服務和報廢回收等各價值鏈環(huán)節(jié)也提供了新的價值增長方向，也對使能技術提出了不同的要求。比如在經(jīng)濟增長方面，人-機-物-環(huán)在知識層面的交互、協(xié)同與共融是其中的關鍵技術之一；在以人為中心方面，通過多種技術的融合構建智能單元HCPS、智能系統(tǒng)HCPS、智能系統(tǒng)之系統(tǒng)HCPS是關鍵；在綠色環(huán)?？沙掷m(xù)方面，綠色制造、可持續(xù)制造是關鍵；在工業(yè)的韌性方面，如何通過復雜網(wǎng)絡和數(shù)字孿生構建工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈、物流鏈的復雜關聯(lián)關系并進行準確分析和動態(tài)優(yōu)化是關鍵。

4.3 工業(yè)5.0的組織維

與工業(yè)4.0類似，實施工業(yè)5.0的組織維主要包括智能單元、智能系統(tǒng)和智能系統(tǒng)之系統(tǒng)三個層次。智能單元是實現(xiàn)工業(yè)5.0經(jīng)濟增長、以人為中心、綠色環(huán)保可持續(xù)和工業(yè)韌性目標的最小單元，是由人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)深度融合而成的單元級HCPS。智能系統(tǒng)則是由多個智能單元通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成而成的系統(tǒng)級HCPS，比如智能產(chǎn)線、智能車間、智能工廠、智能企業(yè)。智能系統(tǒng)之系統(tǒng)(System of systems，SoS)是通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺、跨行業(yè)的集成，形成系統(tǒng)之系統(tǒng)級HCPS，比如智能供應鏈、智能產(chǎn)業(yè)鏈、智能工業(yè)、智能 社會。

在智能單元層面，工業(yè)4.0以CPS為核心，打造具有自感知、自分析、自決策、自適應、自學習的智能裝備，包括智能機床、智能加工中心、智能機器人、智能自動導引小車 (Automated guided vehicle，AGV)等。工業(yè)5.0則以HCPS為核心，通 過人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)的深度融合，實現(xiàn)高效協(xié)作、知識分享和能力提升。

在系統(tǒng)層面，以工廠為例，工業(yè)4.0主要通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人、智能機器、物料、環(huán)境的實時感知與數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，進而實現(xiàn)大規(guī)模個性高效定制生產(chǎn)。工業(yè)5.0則不僅要實現(xiàn)人、機、物、環(huán)等生產(chǎn)要素的數(shù)據(jù)互聯(lián)，更要實現(xiàn)人、機、物、環(huán)在智能層面即知識的互聯(lián)，真正實現(xiàn)具有“智能”的工廠。在系統(tǒng)之系統(tǒng)層面，工業(yè)4.0主要通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)間和產(chǎn)品全周期端到端的信息集成，工業(yè)5.0則要通過構建知識圖譜實現(xiàn)生產(chǎn)鏈、價值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的知識集成與互聯(lián)，進而實現(xiàn)知識驅動的智慧工業(yè)。

5工業(yè)5.0的使能技術

歐盟在其發(fā)布的報告中[18]提到了工業(yè)5.0的六項使能技術，分別是個性化人機交互、仿生技術和智能材料、數(shù)字孿生和仿真、數(shù)據(jù)傳輸、存儲和分析技術、人工智能以及能源效率、可再生能源、儲存和自治技術。本文結合所構建的工業(yè)5.0總體架構，面向經(jīng)濟增長和以人為中心、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)、富有韌性等工業(yè)5.0的目標，建立工業(yè)5.0使能技術體系。

5.1 以人為中心的HCPS關鍵實現(xiàn)技術

如前所述，在工業(yè)5.0階段，工業(yè)系統(tǒng)將是考慮地球環(huán)境邊界的，人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)深度融合的HCPS，其不僅能夠實現(xiàn)人-機-物-環(huán)間的數(shù)據(jù)和信息交互，更要實現(xiàn)在知識層面的交互；不僅僅是相互感知，更是相互認知，甚至相互學習和彼此提升。

5.1.1 制造領域技術

制造領域技術是指HCPS中的物理系統(tǒng)所涉及的技術，是通用制造技術和專用領域技術的集合[9]。工業(yè)的根本仍然是制造，因此制造領域技術是工業(yè)5.0的使能技術之一，也是工業(yè)5.0的本體技術。制造領域技術覆蓋面非常廣泛，既涉及離散型制造和流程型制造，又覆蓋研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、運維服務、報廢與回收等產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)。制造領域技術可以從多個角度進行分類，按工藝原理包括切削加工技術、鑄造技術、熱處理技術、裝配技術、增材制造技術等。

在HCPS系統(tǒng)中，人依然是核心，信息系統(tǒng)是輔助，其需要幫助人對物理系統(tǒng)進行必要的感知、認知、分析、決策和控制，以使物理系統(tǒng)以盡可能優(yōu)的方式運行，甚至可以輔助提升人的技能和促進彼此的知識增長。實現(xiàn)該目標的使能技術主要包括三部分：機器智能技術、人機協(xié)同技術和數(shù)字孿生技術。其中機器智能技術是信息系統(tǒng)的核心，人機協(xié)同技術是HCPS系統(tǒng)運行的核心，數(shù)字孿生技術是HCPS系統(tǒng)穩(wěn)健運行的保障。

5.1.2 機器智能技術

針對單元級的HCPS，根據(jù)信息系統(tǒng)的功能，機器智能技術主要包括智能感知、自主認知、自主決策和智能控制[7]。其中，① 全方位、多維度、多時空尺度的智能感知是實現(xiàn)認知、決策和控制的前提；② 認知是決定決策和控制效果的關鍵，其任務是有效獲得實現(xiàn)系統(tǒng)目標所需的知識；③ 決策的任務是評估系統(tǒng)狀態(tài)并確定最優(yōu)行動方案；④ 控制的任務是根據(jù)決策結果對系統(tǒng)進行操作調整以實現(xiàn)系統(tǒng)目標。

5.1.3 人機協(xié)同技術

人機協(xié)同技術主要包括認知層面的人機協(xié)同、決策層面的人機協(xié)同、控制層面的人機協(xié)同以及人機可靠安全交互等，具體包括大數(shù)據(jù)智能、人機混合增強智能、群體智能、跨媒體智能等能夠實現(xiàn)協(xié)同認知、決策和控制的人工智能2.0技術[28]；實現(xiàn)人機物理層面可靠交互的人機協(xié)同機器人技術；實現(xiàn)人機虛實可靠交互的3R技術，即虛擬現(xiàn)實(Virtual reality，VR)、增強現(xiàn)實(Augmented reality，AR)、混合現(xiàn)實(Mixed reality，MR)；實現(xiàn)人機信息安全交互的區(qū)塊鏈技術；實現(xiàn)人機可靠交互的工業(yè)5G、工業(yè)6G等信息高可靠硬實時傳輸技術。

5.1.4 數(shù)字孿生技術

數(shù)字孿生技術主要包括HCPS高保真建模、HCPS運行分析、HCPS運行仿真與優(yōu)化，用于實現(xiàn)對HCPS系統(tǒng)整體運行狀態(tài)的監(jiān)控、模擬、仿真、預測和優(yōu)化。

5.1.5 集成與全局優(yōu)化技術

系統(tǒng)級與系統(tǒng)之系統(tǒng)級HCPS的本質特征在于系統(tǒng)集成與資源優(yōu)化配置。根據(jù)系統(tǒng)集成的廣度與深度的不同，可劃分為多個層次，如產(chǎn)線級、車間級、企業(yè)級、行業(yè)級甚至是跨行業(yè)跨區(qū)域的開放、協(xié)同與共享的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)集成的高度的不同，可以劃分為多個維度，如數(shù)據(jù)集成、信息集成和知識集成。工業(yè)4.0更多關注數(shù)據(jù)和信息的集成，工業(yè)5.0則注重知識的集成。

在前述單元級HCPS關鍵技術基礎上，系統(tǒng)級與系統(tǒng)之系統(tǒng)級HCPS新的關鍵技術包括三方面：一是工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)等支撐技術。二是系統(tǒng)集成技術，并側重知識集成和知識自動化技術。知識自動化[29]，在廣義上目前暫無精確的定義，粗略上可以理解為是一種以自動化的方式變革性地改變知識產(chǎn)生、獲取、挖掘、分析、理解、優(yōu)化、實施的有效途徑，其關鍵在于如何將信息與任務、場景和決策準確、及時、在線地整合起來，從而實現(xiàn)自動完成各種知識功能與知識服務，包括知識的互聯(lián)互通標準、知識提取、知識分享、知識圖譜、知識聚類、知識重組、知識學習等。三是實現(xiàn)系統(tǒng)集成管理與決策的技術，如數(shù)據(jù)和知識驅動的智能決策技術、智能調度技術、智能安全管控技術等。

5.2 綠色制造與可持續(xù)制造

針對工業(yè)5.0的環(huán)境友好可持續(xù)目標，其使能技術主要包括綠色制造技術和可持續(xù)制造技術。

(1) 綠色制造技術主要包括綠色環(huán)保材料、綠色設計、綠色加工、綠色裝配、綠色調度等 技術。

(2) 可持續(xù)制造技術主要包括面向再制造的設計、檢測、加工、裝配和服務技術，面向再制造的制造系統(tǒng)技術、可回收技術等。

5.3 復雜網(wǎng)絡和數(shù)字孿生

針對工業(yè)5.0的韌性目標，其使能技術主要包括復雜網(wǎng)絡建模技術和數(shù)字孿生技術。通過構建價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈、物流鏈上各企業(yè)間的復雜關聯(lián)關系網(wǎng)絡模型，結合數(shù)字孿生技術，實現(xiàn)對工業(yè)體系運轉狀態(tài)的全面實時監(jiān)控、模擬、仿真、預測與優(yōu)化控制。

6 工業(yè)5.0的實現(xiàn)路徑

為實現(xiàn)工業(yè)5.0經(jīng)濟增長、以人為中心、綠色環(huán)?？沙掷m(xù)和韌性等四個目標，需要采用不同的實現(xiàn)路徑。

6.1 工業(yè)5.0經(jīng)濟增長目標的實現(xiàn)路徑

工業(yè)5.0時代突出知識的賦能作用，其核心是數(shù)據(jù)信息集成基礎上的知識集成與互聯(lián)，因此要加快推進多層次融合式的智慧工業(yè)建設。具體包括：① 針對系統(tǒng)和系統(tǒng)之系統(tǒng)的HCPS，工業(yè)4.0時代多以基于信息流互動的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展為主，其關鍵是通過數(shù)據(jù)的自動流動驅動業(yè)務流程的自動化，因此，需要對基于知識流互動的新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展研究，從而提前布局和支撐智慧工業(yè)的建設；② 以需求為導向，以不同的應用場景為驅動，不斷挖掘和積累知識，并通過知識的融合與匯聚，構建智慧工業(yè)體系，最終實現(xiàn)智慧賦能的生產(chǎn)鏈、價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的全鏈優(yōu)化；③ 發(fā)展HCPS不但要形成頂層的規(guī)劃與設想，同時也要賦能中小企業(yè)。因此，在組織維度方面，面向不同行業(yè)特點和企業(yè)實際，需要建立企業(yè)、集團企業(yè)和跨企業(yè)等多層次融合式HCPS，并實現(xiàn)各層次數(shù)據(jù)、信息和知識的收集、匯聚與融合，從而推動智慧工業(yè)的發(fā)展。

6.2 以人為中心目標的實現(xiàn)路徑

為了實現(xiàn)工業(yè)5.0以人為中心的發(fā)展目標，需要從多個維度著手，具體可包括：① 在政策層面，要保護人的各類隱私，尤其是人工智能技術快速應用背景下的人的各類數(shù)據(jù)的隱私，包括個人基本信息、人臉、指紋、聊天記錄等；同時，在教育與技能培訓等方面也需要升級，使得勞動者能夠適應社會和企業(yè)的發(fā)展；② 在技術層面，突出人在生產(chǎn)過程中的核心地位，在產(chǎn)品研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、運維服務、報廢與回收各環(huán)節(jié)，要充分發(fā)揮人的智慧，從人機在物理層面的協(xié)同控制、在信息層面的數(shù)據(jù)交互向人機在智能層面的知識分享的轉變，加強人機混合增強智能、群體智能、跨媒體智能等新一代人工智能技術在HCPS中的應用，促進工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展；③ 在企業(yè)層面，需要意識到工業(yè)5.0的價值，并重新思考和設計商業(yè)模式、運行模式和價值增值模式；同時企業(yè)之間、企業(yè)與培訓機構之間也要加強合作。

6.3 綠色環(huán)?？沙掷m(xù)目標的實現(xiàn)路徑

在綠色環(huán)?？沙掷m(xù)方面，企業(yè)是主體，但是也需要政府的推動。① 在政策層面，要通過減免稅收、財政補貼等方式鼓勵企業(yè)在實現(xiàn)產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率提升的同時，把環(huán)境保護和減少資源消耗納入企業(yè)的生產(chǎn)過程管理中；要加強監(jiān)管，并采取一些措施，促使企業(yè)重視生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題，比如加大對工業(yè)環(huán)境污染行為的懲罰力度、采用階梯式的方式設置工業(yè)用電單價等方面；② 在技術層面，需要從環(huán)保材料、面向可回收和再利用的產(chǎn)品研發(fā)設計與制造、工藝過程環(huán)保、運維服務環(huán)保等多個層次同步推進；③ 在企業(yè)層面，需要提前布局，并在綠色環(huán)保等方面加大研發(fā)投入，創(chuàng)新商業(yè)模式和盈利模式。

6.4 工業(yè)韌性目標的實現(xiàn)路徑

在工業(yè)韌性方面，需要在政府引導下，分析重點行業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈上各企業(yè)節(jié)點的復雜關聯(lián)關系并構建相應的復雜網(wǎng)絡模型，在此基礎上才能夠分析、推演和預測網(wǎng)絡中的不穩(wěn)定環(huán)節(jié)，并通過合理的優(yōu)化應對可能出現(xiàn)的任何問題。

最后，需要指出的是，保證社會經(jīng)濟繁榮和促進經(jīng)濟增長仍然是工業(yè)5.0首先需要實現(xiàn)的目標。因此，工業(yè)5.0的實施不可能一蹴而就，也不可能完全脫離現(xiàn)有實際，而一味追求其他目標，卻忽略了工業(yè)企業(yè)的盈利能力。工業(yè)4.0與工業(yè)5.0應該并行發(fā)展，局部實現(xiàn)從工業(yè)3.0到工業(yè)5.0的跨越式發(fā)展。在實現(xiàn)工業(yè)4.0的過程中，比如搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)云平臺、研制基于CPS的高端智能裝備等，政府、科研院所、高校、部分有條件的集團企業(yè)和大型企業(yè)可以開始布局對綠色、清潔、低碳制造技術的研究，加強對工業(yè)體系網(wǎng)絡建模與分析的研究，提前規(guī)劃單元級和系統(tǒng)級HCPS、領域知識圖譜、專業(yè)知識圖譜、產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)知識圖譜、工業(yè)跨領域跨專業(yè)跨環(huán)節(jié)知識體系構建等前沿技術研究。

7結論

工業(yè)4.0主要是由新興技術的潛能驅動，以提高效率和生產(chǎn)力；而工業(yè)5.0則是由新出現(xiàn)的社會變革和現(xiàn)實狀況推動，為要解決工業(yè)與社會之間的協(xié)作和“雙贏”互動等問題。在工業(yè)4.0的出現(xiàn)和發(fā)展過程中，不重點關注社會公平和可持續(xù)性等人類原始規(guī)則，而更多關注數(shù)字化和人工智能驅動等技術。必須強調的是，工業(yè)5.0補充并擴展了工業(yè)4.0的標志性功能。工業(yè)5.0和社會5.0是相關的，工業(yè)5.0強調不僅僅從技術方面來思考工業(yè)的發(fā)展問題，而更應該從經(jīng)濟、社會和環(huán)境層面來思考工業(yè)的發(fā)展，并研究如何利用技術創(chuàng)新來支持工業(yè)和社會之間更好地協(xié)作和“雙贏”互動。

工業(yè)5.0給工業(yè)發(fā)展提供了連貫的愿景，生產(chǎn)必須尊重地球的邊界，工業(yè)勞動者及其福祉被置于生產(chǎn)過程的中心，供應鏈產(chǎn)業(yè)鏈越來越具有韌性。另外，工業(yè)4.0使得數(shù)據(jù)成為企業(yè)生產(chǎn)要素組成部分中非常重要的一環(huán)，并促進了數(shù)字經(jīng)濟的快速發(fā)展；工業(yè)5.0將推動知識成為企業(yè)生產(chǎn)要素的重要組成部分并發(fā)揮重要作用，并推動知識經(jīng)濟快速發(fā)展?？梢哉f，工業(yè)5.0給工業(yè)的技術創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的理念及新的方向。

此外，未來的工業(yè)能否實現(xiàn)更人本化、更快速、更靈活、更智能、更環(huán)保、更穩(wěn)健、更具有韌性的目標，需要政府、企業(yè)、教育、科研院所、環(huán)保、高等院校等多部門的配合與協(xié)作。

目前工業(yè)5.0的內(nèi)涵討論與應用還處于初級階段，仍然有許多問題需要進一步的研究。同時，目前工業(yè)5.0的技術研究主要集中在以人為中心的解決方案上，尤其在人機協(xié)同和環(huán)境友好可持續(xù)方面有較多研究成果，但在工業(yè)體系的韌性、工業(yè)知識的集成與互聯(lián)等方面鮮有報道。因此，探討工業(yè)體系的韌性問題，并通過構建多層次多維度跨行業(yè)跨區(qū)域的企業(yè)關聯(lián)關系復雜網(wǎng)絡模型，將對全球化背景下的工業(yè)穩(wěn)健發(fā)展提供一個新的解決方案；研究人-機-物-環(huán)在知識層面的集成與互聯(lián)技術，構建動態(tài)且時變的知識自動化系統(tǒng)，從而推動工業(yè)知識服務，充分發(fā)揮知識在生產(chǎn)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈中的賦能作用，或將引發(fā)百年來工業(yè)新業(yè)態(tài)、新服務、新應用的重大變革。

來源：機械工程學報 本文經(jīng)授權轉載發(fā)布

中服云——長期致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺及工業(yè)APP的研發(fā)和服務，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術業(yè)界領先。全力打造自動數(shù)據(jù)采集獲取技術+數(shù)據(jù)分析價值挖掘技術兩個核心技術，基于“平臺+APPS”的產(chǎn)品架構思想。從數(shù)字化底座、到智能化生產(chǎn)、再到生產(chǎn)環(huán)境的智能化，形成了完整的“中服云”數(shù)智化產(chǎn)品品牌。致力于業(yè)務層和物理層的深度融合，從根本上解決智能化的核心問題。

審核編輯 黃宇