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未来的制造工程师:健康、能源、交通、食品和循环经济

戴维·赖特,考文垂大学战略关系主任

未来的制造工程师
未来的制造工程师

我们都意识到工程师在改善我们的社会和整个世界方面所发挥的重要作用。工程师解决问题,创造解决方案并带来改变。

简介

引用英国最著名的制造业教授之一迈克·格雷戈里爵士的话,“科学只是躺在那里等着被发现;工程把它变成有用的东西。”这可能有点“半开玩笑”,但情感是明确的——工程师不只是制造东西;我们让事情发生。无论我们是机械工程师、电气工程师、土木工程师、化学工程师、航空工程师还是汽车工程师,这是我们的共同点之一,这将我们的职业联系在一起——我们让事情发生。

但是“制造工程师呢?”“我听见你说;毕竟,这篇文章是关于未来的制造工程师的。让我们回到这个问题上来;我希望最后答案会很明显。

五个挑战

世界正在变化,变化的速度可能比我们以前所见过的都要快。2018年全球人口为76亿,预计2050年后不久将超过100亿。在过去的30年里增长了25%左右。越来越多的人,越来越多的人活得更长。据预测,到2030年,约60%的世界人口将居住在城市,在同一时间尺度上将有39个超大城市,每个城市的人口将超过1000万;顺便说一句,仅雅加达就预计有近4000万居民,比目前比利时、荷兰和瑞典人口的总和还要多。仅这些事实就告诉我们,我们将面临一系列需要解决的重大挑战——可以说是重大挑战,在这里我们将列出其中5个挑战:

  • 运输——我们如何运送人员和货物?
  • 能源——我们如何生产和分配足够的能源来维持城市及其社区?
  • 食物——我们如何养活100亿人?
  • 健康-我们如何满足健康和福祉的需求?
  • 循环经济-我们如何确保资源得到最佳利用?

运输

我想从运输部开始。如果人口变得越来越集中和密集,我认为在我们的城市边界内移动人和物将变得更加困难和耗时,导致更少和更短的(距离)旅行。交通和移动系统将由公共和私营部门提供的共享解决方案主导。私家车保有量不仅会停滞不前,还会大幅下降。这里没有什么新鲜的或启示性的东西;我们意识到这一点已经有一段时间了,世界上许多主要的汽车制造商都在制定成为移动提供商的战略。

这也导致了车辆类型的一些有趣的发展。我们都意识到,电动汽车和公共汽车以及自动驾驶汽车正在加速转向。我们还将看到更多新颖的车辆解决方案,如单人脚踏电动四轮汽车(过去被称为“l类”,但现在被称为“动力轻型汽车”或plv)。

在规模的另一端,我们看到了几十种用于城市空中交通的电动垂直起降(eVTOL)飞机的概念,而且已经有不止一家制造商展示了飞行原型机。我毫不怀疑,我们将看到无人驾驶飞行器或“无人机”在城市景观内运送小型商品。

所以,如果城市,尤其是特大城市的增长,意味着出行的次数减少,那就意味着“地方主义”的兴起?我相信是这样的,这意味着我们也必须在本地为其他重大挑战提供解决方案。

能源

让我们来看看能量。我很高兴地承认我不是能源专家,但我知道的是,我们移动能源的距离越远,效率就越低,无论是液体和气体的泵送损失,还是电力的传输损失;这还是在我们考虑通过公路运输化石燃料的影响之前。所以,在你需要的地方生成它似乎是一个很好的主意——但是怎么做呢?

我不相信像太阳能和风能这样的可再生能源能够满足一个拥有1000多万人口的城市的需求。这些技术将争夺空间,在我看来,空间可以更好地用于其他事情。我个人的观点是,这是小型模块化(核)反应堆(SMRs)可以找到自己位置的地方。我知道核能是一个情绪化的话题,这就是为什么我提出这完全是个人观点的原因,但我真诚地相信工程和核扩散问题都是可以解决的——当然是由工程师来解决!

食物

以食物为下一个主题,1000万人要吃很多!根据定义,超级城市不是乡村景观,所以我们不得不把在其他地方生产和加工的食物运到城市;没有别的选择。真的有吗?

长期以来,我一直是水培法和水培法的倡导者,但其局限性已经被明确表达出来——提供所需光照强度和质量的能源成本对于高价值作物以外的任何作物都是令人望而却步的。我们仍然经常听到有关种植“娱乐”或“伪医疗”作物的设施被“查获”;这种技术一直是特定类型的农民的专利……但现在,LED光源的购买成本和运营成本都变得更低,因为它们的能耗低。再加上可再生能源和当地能源,基于城市的垂直农场开始成为混合能源中合理的一部分。

我最近在《星期日泰晤士报》上读到,世界上最大的城市农场将于今年5月在巴黎开业。占地1.5万平方英尺,将生产多达一吨的30种水果和蔬菜。想象一下这只会在两个方面产生的影响:首先,减少食物里程,从而减少二氧化碳,因为我们不需要在12月就把草莓这样的食物空运到世界各地;其次,想想在当地提供新鲜、有营养的农产品对健康的潜在积极影响。城市/垂直农业不能满足我们所有的粮食需求,但它有可能产生重大的积极影响。

健康

这很好地把我们带到了健康和幸福。有很多人比我更有资格写这方面的文章,但我认为我们需要考虑四个基本要素:监测、诊断、维持和治疗。

在这个联系越来越紧密的世界里,我们已经看到了健康应用程序的数量和种类的增长,让我们有机会监测和管理自己的健康和健身;我只能看到这一点在大城市环境中越来越重要。在人口密集的环境中提供医疗保健基础设施和实物资产将具有挑战性,因为通过超大型城市交通系统轻松访问这些资产也将具有挑战性;紧急服务和急救人员将更加难以接触到人员。

因此,首先也是最重要的是预防。生活在一个受到交通和其他来源碳排放污染较少的城市,更容易获得新鲜营养的食物,显然会产生积极的影响。让人们远离医院变得更加重要,因此更定期、侵入性更小的健康监测和远程诊断变得更有吸引力。个人医疗保健的提供和生产,无论是辅助生活的设备,还是药物,我认为,不仅是可取的,而且是必不可少的。这一议程将再一次得到生产资料更加本地化分配的支持。

循环经济

最后,我想谈谈循环经济;终于抽出时间来了,请原谅我这残忍的双关语!1000多万的大城市消费者有可能产生大量的垃圾。

首先,我们必须减少消费,或者至少,消费正确的量,获得正确的量。我们产生的食物浪费的数量令人难以置信,在许多情况下,这是我们索取过多的直接结果。食物因为过时而被丢弃,因为我们被最新的“买一送一”的优惠所吸引,买了比我们需要或使用的更多的食物。花点时间想想与之相关的包装。

所有产品的设计都需要考虑到重复使用、重新利用、回收(或升级回收)和处置。这些产品的生产过程,以及最终的处理过程,都必须尽可能地节约资源。再一次,我相信这些流程和相关资产被分布式和本地化是非常有说服力的。

未来制造工程师

我希望到目前为止,这对未来的制造工程师意味着什么,特别是在大城市的背景下。制造业将会有所不同。将有不同的产品以不同的方式生产,利用不同的工艺和技术,以更低的数量提供这些产品,以更短的交货时间,以满足更多的当地消费。当然,在某些领域,某些产品仍然需要大型、集中的制造设施,这些设施提供了所有的挑战(和乐趣),但我几乎可以肯定,我们也会看到更多的本地制造,无论是3D打印个性化药物,还是生产小型模块化反应堆,以提供可靠、安全和具有成本效益的能源;超大城市的崛起将对生产资料产生深远影响,从而对未来制造工程师所需的技能产生深远影响。

谈到技能,毫无疑问,我们需要审视我们教育和培训未来制造工程师的方式。随着我们所生活的世界和其中部署的技术的变化,在学术学科、技术技能和专业能力之间保持适当的平衡将是至关重要的。然而,有些事情不会改变,你可能会惊讶地发现,我认为我们需要嵌入未来工程师的“常量”更多地在于专业能力,而不是技术科目。如果我们的工程师被正确地认为是我们社会的关键因素,那么创新和创业的能力将变得更加重要。将人们聚集成高绩效团队并进行有效沟通的能力将是至关重要的;我们的工程师将比以往任何时候都更需要了解他们的行为对经济和金融的影响。

工程师是理解如何以最有效和高效的方式获取和部署资金以产生最大社会效益的核心,这是至关重要的。我认识的许多工程师都乐于接受“资源效率”,但却回避“财务”。财务只是另一种需要寻求和有效利用的资源。我们有义务参与;我们已经看到了把工作交给会计师和银行家会发生什么……所以,也许我们会看到无处不在、多才多艺、友好、邻里友好的制造工程师超级英雄的崛起。把我的斗篷和面具递给我;我要去做点什么!

结束语

当我最初开始写这篇文章时,COVID-19全球大流行还没有真正发生。这让我有理由重新审视我在这篇文章中提出的一些观点,看看它们是如何改变的。令我惊讶和欣慰的是,我很高兴坚持我所说的,特别是在食品和卫生领域,但我确实认为有机会在一些领域加强强调。

在此之前,有必要承认,我们将面临一些中短期挑战。显然,我们有责任确保人们重返工作岗位时,他们的环境是安全的。在一些制造环境中,这可能特别具有挑战性,因为在这些环境中,布局的设计是为了最有效地利用空间,而不是为了促进社交距离。我相信,公共交通将在一段时间内发生重大变化,如果要给公众提供广泛使用公共交通的信心,我们就必须广泛使用公共交通;工作旅行中越来越多地使用私家车是不可取的趋势。

我刚才讲的重点是什么?首先,如果我们希望能够快速有效地应对危机,有弹性的供应链是非常重要的。对一些大宗商品来说,全球采购仍有许多吸引力,但疫情表明,面对全球性问题时,全球供应链是多么脆弱。“回流”,或者更准确地说,“右岸”,必须成为所有制造业部门的优先事项之一,因为我们正在摆脱目前的局面。在我看来,在某些关键领域建立主权能力是必要的。我们中的许多人已经敲打这个鼓很多年了;也许这次人们会听进去。

其次,可持续性和循环经济对我们许多人来说可能已经变得更加真实,而不仅仅是一个我们喜欢使用的短语。由于供应肯定会中断,许多企业一直在寻找重新使用或重新利用以前可能会丢弃的产品和材料的方法,只是因为这样“更容易”。我们需要确保这些做法能够成为经济上可行的规范。

最后,我们要努力实现净零排放。随着出行的大幅减少,碳排放明显减少,空气质量得到改善,尤其是在城市,这对任何人来说都不足为奇。更令人惊讶的可能是,人们感受到这些影响的速度之快,以及改善的规模之大;就在英国宣布封锁两周后,一些城市的二氧化氮水平下降了60%。这应该比任何事情都更能推动我们实现净零的努力,不仅在运输领域,而且在所有能源消耗领域。

我认为后两者——可持续性和净零排放——不是挑战,而是结果或回报;如果你喜欢,那就是“奖品”。如果我们把注意力集中在奖赏上,它就会为挑战提供一个视角、一个理由和一个目标;更专注,如果你喜欢的话。

我们应该,我们能够,我们将;因为,朋友们,我们是制造工程师。

加入讨论

我们想听听你对未来制造工程师将如何影响这五个挑战的看法,以及我们在本文中可能没有提到的其他挑战。参加这个简短的调查,加入讨论:调查链接

大卫赖特

David Wright是考文垂大学战略关系主任,IET设计和制造执行副主席。

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