工业5.0的内涵、体系架构和使能技术

doi:10.3901/JME.2022.18.075

机械工程学报 ›› 2022, Vol. 58 ›› Issue (18): 75-87.doi: 10.3901/JME.2022.18.075

扫码分享

工业5.0的内涵、体系架构和使能技术

庄存波^1,2, 刘检华^1,2, 张雷^1,3

1. 北京理工大学机械与车辆学院北京 100081;
2. 北京理工大学长三角研究院嘉兴 314000;
3. 天津商业大学机械工程学院天津 300134

收稿日期:2021-08-25 修回日期:2021-11-15 出版日期:2022-09-20 发布日期:2022-12-08
通讯作者: 刘检华(通信作者)，男，1977年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为数字化制造技术。E-mail：jeffliu@bit.edu.cn
作者简介:庄存波,男,1991年出生,博士,副研究员,硕士研究生导师。主要研究方向为装配MES技术、数字孪生技术、智能制造;E-mail:zhuangdavid@bit.edu.cn;张雷,男,1987年出生,博士后,讲师。主要研究方向为数字孪生技术、数控装备运动控制;E-mail:zhgraceli@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52005042，51935003)和北京理工大学青年教师学术启动计划资助项目。

Connotation, Architecture and Enabling Technology of Industrial 5.0

ZHUANG Cunbo^1,2, LIU Jianhua^1,2, ZHANG Lei^1,3

1. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081;
2. Yangtze Delta Region Academy of Beijing Institute of Technology, Jiaxing 314000;
3. School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134

Received:2021-08-25 Revised:2021-11-15 Online:2022-09-20 Published:2022-12-08

摘要/Abstract

摘要： 工业4.0诞生以来，强化了数字化、数据驱动和互联的工业所带来的高度变革性影响。但是工业4.0没有强调工业在全球范围内为人类提供长期服务的重要性，也没有很好解决如何利用技术创新来促进工业与社会之间的协作和“双赢”互动等问题。工业5.0系统地提出将劳动者作为工业生产的核心，从而实现就业和增长之外的社会目标，稳健地提供繁荣。但是，工业5.0作为对工业未来发展的再思考，目前其研究尚处于探索阶段，研究成果相对较少且缺乏系统性。首先回顾工业5.0的产生背景，分析工业5.0与工业4.0的区别，总结工业5.0以人为中心、可持续性、韧性和智慧性等四个主要特征。在此基础上对工业5.0的内涵进行系统阐述，并探讨工业5.0与社会5.0概念的关系。建立工业5.0的三维体系架构，给出工业5.0的使能技术体系和工业5.0的实现路径，指出工业4.0使得数据成为企业生产要素组成部分中非常重要的一环，促进了数字经济的快速发展，而工业5.0将推动知识成为企业生产要素的重要组成部分并发挥重要作用，并推动知识经济快速发展。

关键词: 工业5.0, 工业4.0, 社会5.0, 智能制造, 人-信息-物理系统, 以人为中心, 知识驱动, 韧性

Abstract: Industry 4.0 reinforces the highly transformative impact brought by digitization, data-driven and interconnected industries. However, it does not emphasize the importance of research and innovation in supporting industry to provide long-term services to mankind all over the world, nor does it solve the problems of how to use technological innovation to promote cooperation and “win-win” interaction between industry and society. Industry 5.0 systematically proposes to take industrial workers as the core of industrial production, so as to achieve social goals beyond employment and growth and steadily provide prosperity. Nevertheless, as a rethinking of the future industry development, Industrial 5.0 is still in its infancy with respect to research, and there are only few unsystematic research results presented. By reviewing the background of emergence of Industrial 5.0 and the history of the concept evolution, the paper analyzes the differences between Industrial 5.0 and Industrial 4.0, and summarizes four main characteristics of Industrial 5.0, including human-centric, sustainability, resilience and wisdom. Furthermore, we systematically explain the connotation of Industrial 5.0, and discuss the relationship between the concepts of industry 5.0 and society 5.0. Finally, we construct the three-dimensional architecture of Industrial 5.0, propose the enabling technologies of Industrial 5.0, and investigate the implementation approach of Industrial 5.0.

Key words: Industrial 5.0, Industrial 4.0, Society 5.0, intelligent manufacturing, human-cyber-physical systems, human-centric, knowledge driven, resilience

中图分类号:

TG156

庄存波, 刘检华, 张雷. 工业5.0的内涵、体系架构和使能技术[J]. 机械工程学报, 2022, 58(18): 75-87.

ZHUANG Cunbo, LIU Jianhua, ZHANG Lei. Connotation, Architecture and Enabling Technology of Industrial 5.0[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(18): 75-87.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2022.18.075

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2022/V58/I18/75

参考文献

[1] ATWELL C. Yes，Industry 5.0 is already on the horizon[EB/OL]. [2021-07-25].https://www.machinedesign.com/industrial-automation/yes-industry-50-already-horizon.
[2] PASCHEK D，MOCAN A，DRAGHICI A. Industry 5.0-The expected impact of next Industrial Revolution[C]// Thriving on Future Education，Industry，Business，and Society，Proceedings of the Make Learn and TIIM International Conference，Piran，Slovenia. 2019:15-17.
[3] KONG X T R，LUO H，HUANG G Q，et al. Industrial wearable system:The human-centric empowering technology in Industry 4.0[J]. Journal of Intelligent Manufacturing，2019，30(8):2853-2869.
[4] NAHAVANDI S. Trusted autonomy between humans and robots:Toward human-on-the-loop in robotics and autonomous systems[J]. IEEE Systems，Man，and Cybernetics Magazine，2017，3(1):10-17.
[5] GAMER T，HOERNICKE M，KLOEPPER B，et al. The autonomous industrial plant:Future of process engineering，operations and maintenance[J]. Journal of Process Control，2020，88:101-110.
[6] RICHERT A，MULLER S，SCHRODER S，et al. Anthropomorphism in social robotics:Empirical results on human–robot interaction in hybrid production workplaces[J]. AI and Society，2018，33(3):413-424.
[7] NAHAVANDI S. Industry 5.0:A Human-Centric Solution[J]. Sustainability，2019，11(16):4371.
[8] ZHOU J，ZHOU Y，WANG B，et al. Human–cyber–physical systems (HCPSs) in the context of new-generation intelligent manufacturing[J]. Engineering，2019，5(4):624-636.
[9] 国家制造战略咨询委员会，中国工程院战略研究中心. 智能制造[M]. 北京:电子工业出版社，2016.National Manufacturing Strategy Advisory Committee，Center of Strategic Studies of the Chinese Academy of Engineering. Intelligent manufacturing[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2016.
[10] NGOC H N，LASA G，IRIARTE I. Human-centered design in industry 4.0:case study review and opportunities for future research[J]. Journal of Intelligent Manufacturing，2021:1-42. https://doi.org/10.1007/s10845-021-01796-x.
[11] 刘飞，曹华军，何乃军. 绿色制造的研究现状与发展趋势[J]. 中国机械工程，2000，11(1-2):105-109.LIU Fei，CAO Huajun，HE Naijun. State-of-the art developing trends of green manufacturing[J]. China Mechanical Engineering，2000，11(1-2):105-109.
[12] 刘飞，曹华军. 绿色制造的理论体系框架[J]. 中国机械工程，2000，11(9):961-964.LIU Fei，CAO Huajun. The theoretical system framework of green manufacturing[J]. China Mechanical Engineering，2000，11(9):961-964.
[13] 王凌，王晶晶，吴楚格. 绿色车间调度优化研究进展[J]. 控制与决策，2018，33(3):385-391.WANG Ling，WANG Jingjing，WU Chuge. Advances in green shop scheduling and optimization[J]. Control and Decision，2018，33(3):385-391.
[14] 王蕾，郭钰瑶，张泽琳，等. 再制造服务的广义内涵、研究现状与发展趋势[J]. 机械工程学报，2021，57(7):138-153.WANG Lei，GUO Yuyao，ZHANG Zelin，et al. Extensive concept，state-of-the art developing trends of remanufacturing service[J]. Journal of Mechanical Engineering，2021，57(7):138-153.
[15] 张元良，张洪潮，赵嘉旭，等.高端机械装备再制造无损检测综述[J]. 机械工程学报，2013，49(7):80-90.ZHANG Yuanliang，ZHANG Hongchao，ZHAO Jiaxu，et al. Review of non-destructive testing for remanufacturing of high-end equipment[J]. Journal of Mechanical Engineering，2013，49(7):80-90.
[16] 宾鸿赞. 可持续制造及其技术[J]. 中国机械工程，1998(1):82-84，10.BIN Hongzan. Sustainable manufacturing and its technology[J]. China Mechanical Engineering，1998(1):82-84，10.
[17] 姚锡凡，景轩，周佳军，等. 走向新一代可持续制造——包容性制造[J]. 计算机集成制造系统，2019，25(10):2419-2432.YAO Xifan，JING Xuan，ZHOU Jianjun，et al. Towards next generation sustainable manufacturing-inclusive manufacturing[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems，2019，25(10):2419-2432.
[18] European Commission General for Research and Innovation. Enabling Technologies for Industry 5.0[R/OL]. [2021-07-25]. https://ec.europa.eu/info/publications/enabling-technologies-industry-50_en，2020.
[19] European Commission General for Research and Innovation. Industry 5.0:Towards a sustainable，human-centric and resilient European industry [R/OL]. [2021-07-25].https://ec.europa.eu/info/publications/industry-50_en，2021.
[20] KUSIAK A. Smart manufacturing must embrace big data[J]. Nature，2017，544(7648):23-25.
[21] 王飞跃，张俊. 智联网:概念、问题和平台[J]. 自动化学报，2017，43(12):2061-2070.WANG Feiyue，ZHANG Jun. Internet of minds:the concept，issues and platforms[J]. Acta Automatica Sinica，2017，43(12):2061-2070.
[22] TAKI H. Towards technological innovation of Society 5. 0[J]. Journal-Institute of Electrical Engineers of Japan，2017，137(5):275-275.
[23] USTUNDAG A，CEVICAN E. Industry 4.0:Managing the digital transformation[M]. Switzerland:Springer，2018.
[24] LEWIS A. Guide to Industry 4.0 & 5.0[EB/OL]. [2021-10-20]. https://blog.gesrepair.com/category/manufacturing-blog/.
[25] PAN Y. Heading toward artificial intelligence 2.0[J]. Engineering，2016，2(4):409-413.
[26] 中国人工智能2.0发展战略研究项目组. 中国人工智能2.0 发展战略研究[M]. 杭州:浙江大学出版社，2018.Project Team of Development Strategy Research for China Artificial Intelligence 2.0. Strategic research on artificial intelligence 2.0 in China[M]. Hangzhou:Zhejiang University Press，2018.
[27] LIU S X，LIU H，ZHANG Y. The new role of design in innovation:A policy perspective from China[J]. The Design Journal，2018，21(1):37-58.
[28] LI B，HOU B，XU W，et al. Applications of artificial intelligence in intelligent manufacturing:A review[J]. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering，2017，18(1):86-96.
[29] 王飞跃. 天命唯新:迈向知识自动化—《自动化学报》创刊50 周年专刊序[J]. 自动化学报，2013，39(11):1741-1743.WANG Feiyue. The destiny:towards knowledge automation- preface of the special issue for the 50th anniversary of Acta Automatica Sinica[J]. Acta Automatica Sinica，2013，39(11):1741-1743.

工业5.0的内涵、体系架构和使能技术

Connotation, Architecture and Enabling Technology of Industrial 5.0

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	曹先铭, 党岳辉, 陈泽军, 丛福官, 张云龙, 王强. 热轧复合7A01/7A52铝合金叠层板结构及冲击性能研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 154-162.
[2]	程鼎豪, 胡炳涛, 冯毅雄, 杨晨, 王飞, 袁富邦, 汪勇, 谭建荣. 面向铅酸蓄电池的未来工厂适应性数据模型体系及关键技术研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(3): 458-478.
[3]	王高见, 叶延洪, 康丹丹, 邓德安. 焊接热输入对高速列车转向架耐候钢焊缝金属微观组织、力学性能及腐蚀行为的影响[J]. 机械工程学报, 2025, 61(8): 148-158.
[4]	胡炳涛, 钟锐锐, 冯毅雄, 杨晨, 王天跃, 洪兆溪, 谭建荣. 人-信息-物理互联环境下数字车间制造能力建模与自适应调度[J]. 机械工程学报, 2025, 61(3): 23-39.
[5]	李嘉佳, 易茜, 冯毅雄, 朱鹏兴, 易树平. 人本智造单元中人-智能系统协同双智能体工作机制研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(3): 105-118.
[6]	黄思翰, 陈建鹏, 徐哲, 阎艳, 王国新. 基于大语言模型和机器视觉的智能制造系统人机自主协同作业方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(3): 130-141.
[7]	刘梓申, 曹睿. 低碳马氏体不锈钢焊缝金属韧性调控的研究进展[J]. 机械工程学报, 2025, 61(24): 48-62.
[8]	牛帅, 仝晓萌, 蔡茂林, 李毅波, 岳烜德. 面向智能制造的数控加工工艺重用关键技术：系统回顾[J]. 机械工程学报, 2025, 61(20): 301-317.
[9]	李骏, 郭喜锋, 赵武, 张凯, 于淼, 郭鑫. 以人为本下多设计主体共融的产品设计模型与实施框架[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 82-104.
[10]	周汶蓉, 熊世权, 杨秦秦, 叶驰川, 徐梦宇, 易茜, 冯毅雄, 易树平. 一种主观人因失效防范的核电建造协同质量智能见证方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 324-338.
[11]	乔非, 刘鹃, 王冬源, 丁晨, 施嘉璇, 王俊凯, 马玉敏. 工业5.0环境下面向生产调度的人本融合技术[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 40-56.
[12]	高金吉. 人工自愈开辟智能流程制造向安健发展新途径[J]. 机械工程学报, 2025, 61(14): 117-129.
[13]	卢成宇, 洪兆溪, 张志峰, 顾大强, 聂婕, 冯毅雄, 谭建荣. 价值链协同中的数据机理融合研究综述与展望[J]. 机械工程学报, 2025, 61(13): 1-19.
[14]	赵鹏康, 洪振宇, 张敏, 肖旭东, 袁启龙, 陶军, ANTUNES Elsa, 麻宁绪. TC21钛合金线性摩擦焊接头高韧性化机理研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(12): 127-140.
[15]	吴志懿, 曹昱澎, 赵冠楠, 徐习凯, 包陈. 试样构形和裂纹取向对Zr-2.5Nb合金压力管断裂韧性的影响研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(12): 173-181.