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2023-09-25
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智能制造中的人信息物理系统协同的人因工程
新一代互联网、人工智能、数字孪生等技术的不断发展为我国智能制造的发展持续注入
了强劲的动力。过分追求信息化、数字化的生产模式已不能满足生产车间柔性化、用户
个性定制化等复杂作业的需求，智能制造中的难点开始凸显，因此生产趋势急需改变，
人作为关键因素不能再被忽视。工业５.０的概念逐渐引起人们的重视，作为工业４.０
的延续和补充，工业５.０除了注重产业结构优化和自动化水平提升，又将人置于制造
业中心，让技术主动服务和适应人，并更注重人的价值和感受。以人为中心的智能制造
要考虑工人的安全感和幸福感，打消工人对工业革命浪潮带来的“机器换人”的担忧和
顾虑，让劳动力重回工厂。在汽车行业，由于频繁变更的车型，企业需要制造系统具备
更加柔性化的部署，以满足智能制造面临的小批量、多品种的生产需求。在３Ｃ行业，
电子产品的更新换代周期通常在１到２年，这导致生产线经常需要改造，部署调整成本
高。因此无论是考虑生产周期还是实施成本，仅依靠工业机器人很难满足这些行业的生
产需求。作为一种模块化的小型智能化工厂实践，整个智能生产单元由自动化模块、信
息化模块和智能化模块组成，包含设备、机器人、ＡＧＶ、网络、信息数据等。智能生
产单元将人作为关键因素，由人负责对柔性、触觉、灵活性要求比较高的工序，机器人
则利用其快速、准确的特点来负责重复性的工作，以“最小的智能化工厂”实现多品种、
小批量的生产智能化。如何落实人机交互生产模式，将操作人员、机器人和辅助设备等
进行模块化、集成化、一体化的聚合，通过人与机器人的协调合作，充分发挥机器人的
效率及人类的智能，使制造系统具备多品种、小批量产品的柔性生产输出能力，已成为
解决当前智能制造发展瓶颈的关键。因此，开展人机交互的生产模式，使人和机器和谐
共处，满足消费者对产品个性定制化的需求，打消工人对失业的担忧，使人回归制造业。
本文着重分析智能制造系统中的人机协同需求与人机交互鸿沟，从行为、意图、认知三
个层次阐述人因工程在缩小人机交互鸿沟、实现人机协作中的重要性，并在此基础上结
合数字孪生、混合现实等先进技术的发展与应用，提出面向智能制造的人机交互的人因
工程发展建议。１智能制造中的人机协同智能制造的蓝图中，人机协同成为主流的生产
和服务方式。由于人与“机”的深度协作，人在智能制造系统中的作业任务和要求都发
生了巨大的变化。尽管人不再承担重复性的工作，但仍是决策回路系统的中心环节，始
终处于主导地位。人机协同的深层内涵是“人机智能融合”，它代表人与“机”需要共
同完成指定任务。在完成动态作业任务的过程中，制造系统需要与工作人员保持步调一
致，面对动态作业需求，进行资源适配与自主协同，实现协调生产。ＺＨＯＵ等提出的
人信息物理系统（ＨＣＰＳ）的智能制造发展理论，明确了以物理系统（机器、机器人、
加工过程）为主体、以信息系统为主导、以人为决策主宰的技术体系（图１）。
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