机器人与人工智能如何通过实现难以自动化的环节自动化，重塑重工业

• 重工业是自动化最后的前沿领域之一。

• 在数字化的世界里，社会的许多重工业——造船、建筑、海上能源——仍然依赖模拟方式运作。

• 丹麦一个新中心旨在为重工业开发先进的机器人及数字化解决方案。

重工业仍是自动化最后的前沿领域之一。在数字化转型的时代，社会许多基础产业——造船、建筑、海上能源——仍然以模拟方式为主。这些行业构成经济的实体支柱，但其生产方式往往依赖人工、效率较低，且难以规模化或脱碳。

这带来了一个结构性问题。随着各国竞相实现气候目标、推进基础设施现代化并应对熟练劳动力短缺，我们迫切需要更智能、更高效的方式来建造大型实体资产。

然而，尽管数字化解决方案正在金融、零售和医疗等行业引发变革，生产风力涡轮机塔架或海运船舶的工厂仍大量依赖人工焊接、起吊和装配。

不过，这一状况正在开始改变。丹麦一个新中心正在展示机器人与人工智能（AI）如何重塑我们建设未来实体基础设施的方式。

面向大型复杂结构建造的机器人及数字化解决方案

在丹麦欧登塞的港口——这座历史悠久的海港城市正崛起为机器人创新中心——新的“大型结构生产（LSP）中心”正在建设中。大型结构生产（LSP）中心该中心由南丹麦大学牵头建设，旨在专门为船舶、海上平台和模块化建筑等大型复杂结构的生产开发先进的机器人及数字化解决方案。

该设施设有约2,500平方米的实验室和车间空间，总投资约3,700万欧元（4,140万美元），资金来自欧洲和丹麦的资助、A.P. 穆勒基金会的捐赠以及大学自身的联合出资。设施内包括一个27米高的大厅，专为容纳船段或风力涡轮机部件等大型结构而设计。

与依赖固定自动化的传统工厂不同，LSP中心正在开创移动式、自适应系统，其最终目标不仅是重新设计单项任务，更是重新设计适用于大规模且多变产品的整体生产流程。

“大型结构生产长期以来一直难以实现自动化，原因在于其规模、复杂性和低产量，”LSP中心负责人克里斯蒂安·施莱特教授表示，“但借助新型机器人系统、人工智能驱动的工艺规划和数字孪生技术，我们可以开始改变这一现状。”

从造船厂到智慧船厂

LSP中心的设计定位为全尺寸试验平台和开发环境，汇聚学术界、机器人工程师及主要产业合作伙伴，共同开发可扩展、可转移的技术。其研究范围涵盖可在大型部件周围移动的移动机器人平台、能够根据不断变化的工作流程实时调整的智能软件，以及可在虚拟空间中映射整个生产过程的数字孪生模型。

一个关键挑战在于移动性。在汽车制造业中，产品在为速度和重复作业而设计的高度结构化生产线上移动。相比之下，大型结构生产的特点在于规模大且难以移动——风力涡轮机塔架或船体分段等部件体积过大，难以轻易搬运。

因此，机器人、工具和传感器必须具备移动能力，并能够在结构本身周围移动。此外，造船厂和建筑工地等生产场所的环境也在不断变化。这些条件使自动化难以实现，但借助自适应技术，自动化正日益成为可能。

通过使用传感器、感知系统和人工智能算法，机器人系统现已能够感知周围环境、进行实时决策，并适应不同的几何形状和任务。结合数字孪生技术，这将实现动态规划与反馈循环——这对于变化持续发生的环境至关重要。

LSP中心的核心目标是使这些解决方案超越实验室的范围得以应用。这些技术是与海事和海上能源行业的企业密切合作开发的，合作方包括丹麦及国际企业，它们均致力于在低碳经济中保持竞争力。

可持续生产未来的范本

其影响远不止于丹麦。

随着众多政府推动可持续基础设施建设和能源独立，对大规模实体生产的需求——包括船舶、风电场、基础设施、住房等——预计将持续增长。然而，如果不在建造方式上进行创新，扩大规模可能只意味着效率低下和排放的同步增加。

LSP模式提供了一条不同的路径。通过将灵活性融入自动化，并在整个生产周期中整合数字化工具，大规模制造不仅能够提高生产率，还能变得更加可持续、更具韧性。

例如，模拟驱动的生产规划可在使用材料之前进行测试与优化，从而减少浪费和停工时间。机器人系统能够提高精度并减少返工。此外，通过将重复性或危险性任务转交机器完成，企业可以改善工作场所安全，并应对日益严峻的劳动力短缺问题。

这些益处对于工业产能承压，或绿色转型计划需要大规模建设新基础设施的地区尤为重要。从亚洲的造船厂到北海的海上平台，LSP中心所开发的原则可在全球范围内加以调整，以满足当地需求。

跨学科创新的力量

LSP的一项核心经验是：任何单一学科或单一主体都无法独自应对这些挑战。

该中心依托跨学科合作而蓬勃发展，融合机械工程、机器人学、计算机科学、建筑学和制造业的见解。它还弥合了学术界与产业界之间的鸿沟，确保创新立足于现实需求与约束条件。

在创新必须兼顾速度与可行性的领域，这种共同创造的模式至关重要。它也与研发领域的更广泛趋势相契合：应用科学与公私合作日益被视为提升竞争力的关键。

为何是现在？时机至关重要。LSP中心正是在劳动力短缺、气候目标与数字化成熟度交汇的时刻推进建设，这正迫使工业生产方式被重新思考。

过去被认为过于复杂而无法自动化的环节，如今正变得可行。机器人硬件变得更加经济实惠且更具移动性。人工智能更加强大，也更易获取。产业界对试验也更加开放。而脱碳的紧迫性则为跨越式淘汰落后方法创造了契机。

问题已不再是大型结构生产能否实现自动化，而是我们能以多快的速度实现，并确保其在经济与环境层面均具可行性。

自动化蓝图

改造塑造我们世界的重工业绝非易事。但借助有针对性的创新、跨学科合作，以及重新思考建造方式的意愿，前进的道路正变得日益清晰。

欧登塞的大型结构生产中心不仅是一座实体设施，更是一份蓝图，展示我们如何能够使难以自动化的环节实现自动化，让过去的产业为未来的需求做好准备。

面对日益增长的压力，世界需要以更智能、更快速、更绿色的方式进行建设。LSP等模式展示了当雄心与合作相结合、数字化工具应用于我们最古老、最重要的产业时，所能实现的前景。