DQ?/strong>刉成为各个国家或地区构徏本地域制造业竞争优势的关键选择。与此同Ӟ各国学术界和产业界也较多开展相关研IӞ为推q智能制造相x略计划提供理论基?/span>
一、前a
当今世界正处于百q未有之大变局Q特别是C代信息技术与刉技术的持箋深度融合Q深L变着全球刉业的发展Ş态。面对以刉?/span>技术ؓ(f)核心(j)的新一轮科技革命与业变革，世界各国或地区都在积极采取行动，推动刉业转型升Q以保本国刉业在未来工业发展中占据有利C。其中，刉成为各个国家或地区构徏本地域制造业竞争优势的关键选择。与此同Ӟ各国学术界和产业界也较多开展相关研IӞ为推q智能制造相x略计划提供理论基?/span>
q年来，我国不断加快刉领域的发展步伐。《中国制?nbsp;2025》明提出，以加快新一代信息技术与刉业深度融合ZU，以推q智能制造ؓ(f)L方向Q按照“创新驱动、质量ؓ(f)先、绿色发展、结构优化、h才ؓ(f)本”方针，实现刉业由大变强的历史跨?nbsp;[1]?017 q_(d)国务院发布的《新一代h工智能发展规划》详l阐qC(jin)人工QAIQ的新特征，明确提出刉是C?nbsp;AI 的重要应用方向。我国学术界提出?jin)h–信息–物理系l（HCPSQ的刉发展理论，q在此基上分析了(jin)刉的范式演变Q指明了(jin)未来 20 q我国智能制造的发展战略和技术\U??/span>
Z HCPS 的智能制造发展理论，以h为本的智能制造（人本智造）(j)正逐渐引v学界和业界的普遍xQ有望成为智能制造的重要发展方向。本文着重分析h本智造的发展背景Q阐qCh本智造的内涵与技术体p，研究人本智造的应用实践Qƈ在此基础上提出推动h本智造发展的对策?/span>
二、h本智造的发展背景
刉是用工具将原材料{化ؓ(f)能够满Z生生活需要的产品和服务的q程。智能制造是提高q种转化效率和质量的手段Q但刉不能ؓ(f)?jin)智能而智能，而是要回归到服务和满h们美好生z需求上来。因此，在整个制造生产活动中Qh始终是最h能动性和最hzd的因素?/span>
Q?Qh是智能制造的最l服务目标?/strong>刉借助新的生技术、生产方式的变革Q进而实现更快、更灉|、更高效Cؓ(f)消费者提供各U优质品和服务。随着C代信息技术的快速发展，特别是移动互联网、传感器、大数据、超U计、工业互联网、物联网、AI、机器学?fn)、协作机器h、虚拟现实和增强现实QVR/ARQ等数字化网l化化技术，Zh本智造提供了(jin)重要的技术支撑。同Ӟ随着消费者个性化需求的不断提升Q企业ؓ(f)?jin)获得更多的市(jng)场份额、提高市(jng)场竞争力Q注重坚持以用户Z?j)，通过q用先进技术和变革l织理方式Q不断满x费者的个性化需求。因此，面对多样化的?jng)场需求，考虑到技术经性和׃{因素，推进刉必d持“以Zؓ(f)本”的理念?/span>
Q?Qh在智能制造实施过E中扮演关键角色?/strong>工业机器?span class="ql-size-12 ql-font-simsun ql-author-14491580" style="font-size: 12pt;font-family: SimSun, STSong, 宋体, 宋体-, 宋体-J? 华文宋体, sans-serif;">是智能制造的重要l成部分Q而传l工业机器h存在一些不I目前未充分满新的?jng)场需求。例如，传统机器人部|成本较高，单独的机器h无法直接用于工厂的生产线Q仍需诸多外围讑֤的配套支持；虽然机器人本w具有较高的柔性和灉|性，但整个生产线的柔性一般较差。另外，中小企业限于资金条gQ难以对生U进行大规模攚w，且对产品的投资回报率更ؓ(f)敏感Q这p求机器hh较低的综合成本、快速的部v能力、简便的使用Ҏ(gu)Q但目前很难在成本可控的情况下给出满意的解决Ҏ(gu)。如果由人类承担Ҏ(gu)性、触觉、灵zL等要求比较高的工作环节Q机器h则利用其快速精准的优势来负责重复性和E序化的工作环节Q那么这Uh机协作将?x)?f)中小企业提供一个较好的解决Ҏ(gu)。此外，如果通过机器人技术增强劳动力水^辑ֈ降低成本和提高竞争力的目的，q可以ؓ(f)C会(x)创造更多的工作Z(x)?/span>
Q?Qh在未来智能制造发展过E中l发挥重要作用?/strong>刉的实际需求在不同行业或不同企业之间存在着较大差异Qƈ不是所有行业、所有工厂都需要完全自动化或完全无人化Q因而推q智能制造需考虑技术经性的问题。例如，与汽车行业不同，航空、航天、船舶和建筑{行业由于Q务和q程复杂性，目前未实现完全自动化和无h化，而是更多C赖h机合作、h的知识经验的U篏以及(qing)人的主观能动性的发挥。因此，刉的未来q不是追求纯_的无h工厂Q而是要以Zؓ(f)核心(j)Q人在先进技术的支持下从事更有h(hun)倹{更有乐的工作Q同步ؓ(f)企业带来更好的经效益?/span>
三、h本智造的内涵与技术体p?/strong>
人本智造，是以Zؓ(f)本的理念贯穿于智能制造系l的全生命周期过E（包括设计、制造、管理、销售、服务等Q，充分考虑人（包括设计者、生产者、管理者、用L(fng)Q的各种因素Q如生理、认知、组l、文化、社?x)因素等Q，q用先进的数字化|络化智能化技术，充分发挥Z机器的各自优势来协作完成各种工作dQ最大限度实现提高生产效率和质量、确保h员n?j)安全、满用户需求、促(j)q社?x)可持箋发展的目的?/span>
人本智造体现的是一U重要的发展理念Q同时代表了(jin)未来刉发展的一个重要方向。h本智造ƈ不特指某个单一的制造模式或者范式，在其发展q程中还?x)出现大量的刉新模式、新业态，如共享制造、社?x)化刉、可持箋刉等。目前对人本智造的研究处于v步阶D，但可以预计，相关定义、内涵和特征仍将不断演化拓展?/span>
Q一Q智能制造中人的因素
从智能制造全生命周期 [6] 的角度来看，刉中的h的因素包括h的作用、h机关pRh体工效学、认知工效学、组l工效学.
1. 人的作用
人的作用主要体现Zh在智能制造系l中的不同角艌Ӏ作用及(qing)工作cd{。从的角度看Qh的作用集中体现在知识创造和程创造方面，正是Z人的l验、才智、知识等的持l沉淀(wn)和不断实践，刉的水^才得以不断优化和提升?/span>
国内外学者对刉中人的关键C、决定性作用以?qing)h的因素的重要性进行了(jin)分析Q认为只有将先进技术、h和组l集成协同v来才能真正发挥作用，q而生效?nbsp;[7,8]。周等 [1,2] 提出?nbsp;HCPS 的概念，认ؓ(f)?nbsp;HCPS 中hL(fng)d作用Q物理系l和信息pȝ都是׃h设计q创造出来的Q分析计与控制的模型、方法和准则{都是由研发人员定q固化到信息pȝ中的Q整个系l的目的是ؓ(f)人类服务Qh既是设计者、操作者、监督者也是智能制造系l服务的对象。美国通用甉|公司在其工业互联|报告中指出Qh是工业互联网中的重要要素之一 [4]。Nunes {?nbsp;[9] 认ؓ(f)Qh在信息–物理系l（CPSQ）(j)中的作用包括数据获取、状态推断、驱动、控制、监等斚w。Madni {?nbsp;[10,11] 认ؓ(f)Q?nbsp;HCPS 中h的作用包括h不在控制回\的监、h不在控制回\的监指对{h在回路的控制?nbsp;Jin {?nbsp;[12] ?nbsp;HCPS 中h的角色ȝ为操作者、代理h、用户以?qing)传感终端等?/span>
2. 人机关系
人机关系指hcd生生活q程中，持箋攚w自然、社?x)和人类本nQƈ与劳动对象和生工具发生联系Q如人机交互、h机合作等。在刉系lh的因素研I中Q通常?x)涉及(qing)h机关p问题，目前国际上的代表性工作有Z机器人的关系问题、第四代操作工（Operator 4.0Q、h?nbsp;CPS 的关pȝI以?qing)以Zؓ(f)中心(j)的智能制造系l研I等。例如，Romero {?nbsp;[13] ?nbsp;HCPS 语义下提Z(jin) Operator 4.0 概念q展望了(jin)发展前景Q认?nbsp;Operator 4.0 理念有助于实Ch机共生和可持l制造。Operator 4.0 具体分ؓ(f)Q分析操作工、增强现实操作工、协作操作工、健h作工、智能操作工、社交操作工、超强操作工和虚拟操作工{?nbsp;[14]?/span>
国内外研I均高度重视刉系l中人的不可替代作用Q同旉qC(jin)刉系l中人的作用和h机关pȝ研究的重要意义。随着刉系l智能化的推q应用，人在整个pȝ中的角色逐渐从“操作者”{向“监者”，成ؓ(f)影响刉系l能动性最大的因素。在力_力有限、h力成本增加的情况下，有必要优化h员配|，改进人工操控与机器运作之间的匚w性，q而实现高效协作?/span>
3. 人因工程 / 人类工效?/strong>
人因工程 / 人类工效学，指综合运用生理学、心(j)理学、计机U学、系l科学等多学U的研究Ҏ(gu)和手D，致力于研Ih、机器、工作环境之间的怺关系和媄(jing)响规律，以实现提高系l性能Q确保h的安全、健康和舒适等目标的学U?nbsp;[15]Q可l分Zh体工效学、认知工效学和组l工效学{?/span>
人因工程 / 人类工效学主要有三方面的研究内容。①传统的h体工效学研究包括工作姿势、重复动作、工作地点布局、工作疾病、员工安全等Q而在刉系l中Qh体工效学研究涉及(qing)部分工作和动作自动化、h的安全、可I戴讑֤{[16]。②认知工效学关注的是心(j)理过E，研究内容包括脑力负荷、决{、工作压力、h的可靠性以?qing)技能表现等Q在刉语义下Q相关研I进展包括虚实融合、信息技术减轻认知压力、技术储备等 [17~19]Q此外，感知、模拟仿真、AI、云计算、大数据、数字孪生等技术发展的主要目的也是在于提高或模拟增Zh的各U认知能力，因而也属于认知工效学的研究范畴。③l织工效学关注的是社?x)技术系l的优化Q包括工作设计、h员资源管理、团队合作、虚拟组l以?qing)组l文化等内容Q在刉系l中Q相关研I进展包括组l结构扁q_、更新工作设计方式、用融合等?/span>
Q二Qh本智造的技术体p?/strong>
Z HCPS 理论Q本文提出的人本智造的三层参考架构，包含单元U智能制造、系l刉、系l之pȝU智能制造。其中，单元U智能制造的技术体p?Q主要包括机器智能技术（如智能感知、智能决{、智能控制、学?fn)认知等Q、制造领域技术（如切削加工、焊接、增材制造等Q、h机协同技?nbsp;/ 人机关系三方面。在单元U智能制造的基础上，通过工业|络集成、物联网、智能调度、工业互联网、云q_{技术，可构建系l、系l之pȝU智能制造（如智能R间、智能Uѝ智能工厂等Q，从而实现制造资源与人力资源在更大范围上的优化配|?/span>
注：(x)HPS 表示人–物理系l；HCS 表示人–信息系l?/span>
在h本智造系l中Q信息系l主要是与h一P对物理系l进行必要的感知、认知、分析决{与控制Q从而物理pȝQ如机器、加工过E等Q以可能最优的方式q行Q包括认知层面、决{层面以?qing)控制层面的人机协同{；q需考虑Z工效学、认知工效学、组l工效学{内宏Vh本智造的相关技术主要有以h为本的设计、控制?nbsp;AI、计、自动化、服务、管理等。其中，以h为本的设计也U“参与式设计”，在设计中注重人的思维、情感和行ؓ(f)Q是一U创新性的解决问题的方法；始终x最l用L(fng)需求，q将其作为数字设计过E的中心(j)。以Zؓ(f)本的 AI 则强?nbsp;AI 的发展应?nbsp;AI 对hcȝ?x)的影响为指|更多融入人类智慧的多h、差异性和深度性，以增ZhcL能而非取代人类?/span>
四、h本智造的应用实践
人本智造是一个大pȝQ可从品、生产、模式、基 4 个维度来q行认识和理解。其中，以h为本的智能品是MQ以Zؓ(f)本的生是主U，以h为本的业模式变革是主题QHCPS 和h因工E是基础Q见?nbsp;3Q。在前文阐述人因工程?nbsp;HCPS 的基上，聚焦应用层面Q对以h为本的智能品、以Zؓ(f)本的生、以Zؓ(f)本的产业模式变革展开讨论?/span>
Q一Q以Zؓ(f)本的产品
刉的M包括产品、制造装备，其中产品是智能制造的价D体，刉装备是实施刉的前提和基。这里的“以Zؓ(f)本”指产品和装备的服务目的在设计之初就应充分考虑人的需求和人的因素Q尤其是直接面向q大消费者的产品。同Ӟ在智能工业装备的设计之初需要充分考虑人工q预的可能情况，在设计上留有权限和空间?/span>
?nbsp;1Q某品牌手机。该公司采用“互联网开发”模式引领了(jin)“创客”设计模式的新潮，成ؓ(f)目前按销售额计算成长最快的公司之一Q?018 q销售额过 1700 亿元。基于“互联网开发”模式，研发人员通过微博、微信、论坛等渠道汇集用户需求ƈ对品进行改q；手机pȝ 80% 的更新需求是Ҏ(gu)|友产生的，而有 33% 的系l更新是qL(fng)接研发的?/span>
Q二Q以Zؓ(f)本的生
刉业的数字化、网l化、智能化是生产技术创新的共性能技术，推动刉业逐步向智能化集成刉系l方向发展。在此过E中Q需要坚持以Zؓ(f)本，全面提升产品设计、制造和理水^Q构建智能企业。以Zؓ(f)本的生应用实践包括人机合作设计、h机协作装配、以Zؓ(f)本的生理{。实际上Q智能优化设计、智能协同设计、基于群体智能的“众创”设计等都是以h为本设计的重要内容，而基?nbsp;HCPS 开发智能设计系l也是发展h本智造的重要内容之一?/span>
?nbsp;2 Q?/strong>Z深度学习(fn)的h机合作设计。卡内基梅隆大学?nbsp;Raina {?nbsp;[20] 采用深度学习(fn)Ҏ(gu)提取人类设计{略和隐性规则，由此训练机器以更好地协助人类q行设计zd。事实上QhcL很强的策?nbsp;/ Ҏ(gu)q移能力Q可以依靠已有经验解决相似问题，但机器在q方面就逊色很多。Raina {?nbsp;[21] 试对hcȝq种q移q程q行建模Q提Z(jin)一U概率模型，可以有效地将人类的经验迁Uȝ略{Ud机器上，从而更高效地帮助hc进行设计?/span>
?nbsp;3Q?/strong>人机协作装配。针寚w分行业或工艺q程不能完全部v机器人的实际情况Q瑞典皇家理工学?nbsp;Wang Lihui 团队在欧盟科研框架计划“地q线 2020”的资助下，开展了(jin)人机q协作装配目QSYMBIO-TICQ研I?nbsp;[22]。项目聚焦h机协作装配，主要研究传感与通信、主动防撞、动态Q务规划、适应性机器h控制、移动式工h辅助{，旨在保工h安全参与人机高效协作Q已与多家汽车公司和机器人公司开展应用合作?/span>
?nbsp;4 Q?/strong>_模式。作为技术管理、精益制造、精益品研发认证等评的共同创办hQ美国密西根大学 Jeffrey Liker 认ؓ(f)_模式的核?j)内涵在于持l改q与重人。尊重h的实质就是以Zؓ(f)本，即重视公司文化、全员参与、标准化Q发展信奉公司理늚杰出人才与团队，不断反思与持箋改善、徏讑֭?fn)型l织{。从_模式可以看出Q以Zؓ(f)本的理是企业重要的发展战略Qh是企业内部发展的生命力与创造力Q是企业最宝贵的资源?/span>
Q三Q以Zؓ(f)本的产业模式变革
以智能服务ؓ(f)核心(j)的业模式变革是人本智造的主题。随着先进技术的推广应用Q制造业从以品ؓ(f)中心(j)向以用户Z?j)发生{变，产业模式从大规模水U生产向规模定制化生产{变，产业形态从生型制造向服务型制造{变?/span>
?nbsp;5 Q某家电(sh)企业工业互联|^台。与传统刉和其他?sh)商q_不同Q该q_坚持以h为本、h单合一的理c(din)^台用户从产品交互、设计、采购、制造到服务全流E参与体验，且品在用户使用q程中通过“网器”（该公司相对于传统“电(sh)器”提出的新概念）(j)q行持箋的交互和q代Q最大程度满用户个性化需求。企业通过产品交互?jin)解用户需求，把封闭的企业变成?jin)生态系l，让用戗企业、资源能够全程的创造h(hun)|用户d成ؓ(f)产品成长的重要组成部分，企业也实C(jin)自n效益的增加和发展模式在行业内的复制推qѝ例如，该^C某地合作建立建筑陶瓷产业基地Q将原本“单打独斗”的 130 余家企业Q通过q_集约化ؓ(f) 20 余家Q在转型升后，使得刉成本降?nbsp;10%Q能提?nbsp;20%。以Zؓ(f)本的产业模式变革实现?jin)用户和企业的双赢[3]?/span>
五、思考与
Q一Q政{层?/strong>
Ƨ盟、美国、日本等国家和地区都十分重视人本智造的研究Q如国专门讄“h–技术前沿的未来工作”系列研I目进行前d局Q这为我国发展h本智造带来了(jin)挑战和启C。徏议h本智造及(qing)时对接国家相x略，加强层设计Q在刉试点示范、应用推qѝ宣传诏彅R教育培训方面，pȝ考虑人的因素Q将以h为本的理念融入到刉标准体pd讑֒成熟度评L(fng)工作中；更加重视人机协同标准化、hZQ务分工和刉h员成熟度评h(hun){工作。推?nbsp;HCPS 和h因工E等概念在智能制造实践中落地生根Q促(j)qh本智造在我国的深化发展?/span>
Q二Q企业层?/strong>
从h的角度来看，刉企业需着重考虑q解决两个问题：(x)如何用先q适用的技术g长员工的职业生(dng)Q让那些体力逐渐下降而智力与l验仍处在高峰的员工Q在技术的支持下lA(ch)献h(hun)|如何用技术营造一U环境氛_(d)让年M代愿意从事制造业工作Qƈ体会(x)到智能制造工作和价值创造的乐趣。徏议制造企业将“以Zؓ(f)本”作为发展智能制造的重要理念Q重视员工的培训、教育与理Qƈ此视ؓ(f)企业的战略性投资。企业进一步用协作机器h来满q需求，而不是全部采用传l机器h来“机器换人”。通过不断的尝试、磨合与调整Q找到适合企业自n的h机搭配工作方式以不断地提高生产效率和增加l营利润?/span>
Q三Q研I层?/strong>
从研I现角看QHCPS 与h本智造、面向智能制造的人因工程、协作机器h{方面需q一步加强探索。高度重?nbsp;HCPS U学与技术体pȝ构徏与完善，在智能制造领域推q应?nbsp;HCPSQ由此大力发展h本智造。相关理Z应用研究应包括以Zؓ(f)本的设计、品、自动化、AI、生产、工厂、服务等。重视智能制造系l中的h体工效学、认知工效学、组l工效学{h因工E的研究Q致力实现自然科学与C会(x)U学的良性互动。此外，协作机器人、共融机器h是重要的研发方向Qh与信息物理系l的交互、h的数字孪生、h在回路的控制是亟待加强的研究N?/span>