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基于HCPS的智能制造發(fā)展理論

姚小熊27 ? 來(lái)源:控制工程網(wǎng) ? 作者:控制工程網(wǎng) ? 2020-10-20 15:26 ? 次閱讀

人是制造生產(chǎn)活動(dòng)中最具能動(dòng)性和最具活力的因素,智能制造最終需回歸到服務(wù)和滿足人們美好生活需求上來(lái)。本文基于人–信息–物理系統(tǒng)(HCPS)智能制造發(fā)展理論,提出以人為本的智能制造(人本智造)的基本概念,并從發(fā)展背景、基本內(nèi)涵、人的因素、技術(shù)體系、應(yīng)用實(shí)踐等方面對(duì)人本智造進(jìn)行了分析探討。研究指出,人本智造體現(xiàn)了智能制造發(fā)展的一種重要理念,同時(shí)也是新一代智能制造系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)方向。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)人本智造從政策、企業(yè)、科研3個(gè)層面提出了若干建議:及時(shí)對(duì)接國(guó)家相關(guān)戰(zhàn)略、企業(yè)將“以人為本”作為發(fā)展智能制造的重要理念、重視智能制造系統(tǒng)中人因工程的研究等,以促進(jìn)以人為本的智能制造在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用。

一、前言

當(dāng)今世界正處于百年未有之大變局,特別是新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的持續(xù)深度融合,深刻改變著全球制造業(yè)的發(fā)展形態(tài)。面對(duì)以智能制造技術(shù)為核心的新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革,世界各國(guó)或地區(qū)都在積極采取行動(dòng) [1,2],推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),以確保本國(guó)制造業(yè)在未來(lái)工業(yè)發(fā)展中占據(jù)有利地位(見(jiàn)表 1)。其中,智能制造成為各個(gè)國(guó)家或地區(qū)構(gòu)建本地域制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵選擇。與此同時(shí),各國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界也較多開(kāi)展相關(guān)研究,為推進(jìn)智能制造相關(guān)戰(zhàn)略計(jì)劃提供理論基礎(chǔ) [1~5]。

基于HCPS的智能制造發(fā)展理論

近年來(lái),我國(guó)不斷加快智能制造領(lǐng)域的發(fā)展步伐。《中國(guó)制造 2025》明確提出,以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線,以推進(jìn)智能制造為主攻方向,按照“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”方針,實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越 [1]。2017 年,國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》詳細(xì)闡述了人工智能(AI)的新特征,明確提出智能制造是新一代 AI 的重要應(yīng)用方向。我國(guó)學(xué)術(shù)界提出了人–信息–物理系統(tǒng)(HCPS)的智能制造發(fā)展理論,并在此基礎(chǔ)上分析了智能制造的范式演變,指明了未來(lái) 20 年我國(guó)智能制造的發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線 [1~3]。

基于 HCPS 的智能制造發(fā)展理論,以人為本的智能制造(人本智造)正逐漸引起學(xué)界和業(yè)界的普遍關(guān)注,有望成為智能制造的重要發(fā)展方向。本文著重分析人本智造的發(fā)展背景,闡述人本智造的內(nèi)涵與技術(shù)體系,研究人本智造的應(yīng)用實(shí)踐,并在此基礎(chǔ)上提出推動(dòng)人本智造發(fā)展的對(duì)策建議。

二、人本智造的發(fā)展背景

制造是人運(yùn)用工具將原材料轉(zhuǎn)化為能夠滿足人們生產(chǎn)生活需要的產(chǎn)品和服務(wù)的過(guò)程。智能制造是提高這種轉(zhuǎn)化效率和質(zhì)量的手段,但智能制造不能為了智能而智能,而是要回歸到服務(wù)和滿足人們美好生活需求上來(lái)。因此,在整個(gè)制造生產(chǎn)活動(dòng)中,人始終是最具有能動(dòng)性和最具有活力的因素。

(1)人是智能制造的最終服務(wù)目標(biāo)。智能制造借助新的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)方式的變革,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更快、更靈活、更高效地為消費(fèi)者提供各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)。隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展,特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、大數(shù)據(jù)、超級(jí)計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、協(xié)作機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(VR/AR)等數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù),為人本智造提供了重要的技術(shù)支撐。同時(shí),隨著消費(fèi)者個(gè)性化需求的不斷提升,企業(yè)為了獲得更多的市場(chǎng)份額、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,注重堅(jiān)持以用戶為中心,通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和變革組織管理方式,不斷滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求。因此,面對(duì)多樣化的市場(chǎng)需求,考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和就業(yè)等因素,推進(jìn)智能制造必須堅(jiān)持“以人為本”的理念。

(2)人在智能制造實(shí)施過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色。工業(yè)機(jī)器人是智能制造的重要組成部分,而傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人存在一些不足,目前尚未充分滿足新的市場(chǎng)需求。例如,傳統(tǒng)機(jī)器人部署成本較高,單獨(dú)的機(jī)器人無(wú)法直接用于工廠的生產(chǎn)線,仍需諸多外圍設(shè)備的配套支持;雖然機(jī)器人本身具有較高的柔性和靈活性,但整個(gè)生產(chǎn)線的柔性一般較差。另外,中小企業(yè)限于資金條件,難以對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行大規(guī)模改造,且對(duì)產(chǎn)品的投資回報(bào)率更為敏感,這就要求機(jī)器人具有較低的綜合成本、快速的部署能力、簡(jiǎn)便的使用方法,但目前很難在成本可控的情況下給出滿意的解決方案。如果由人類(lèi)承擔(dān)對(duì)柔性、觸覺(jué)、靈活性等要求比較高的工作環(huán)節(jié),機(jī)器人則利用其快速精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)來(lái)負(fù)責(zé)重復(fù)性和程序化的工作環(huán)節(jié),那么這種人機(jī)協(xié)作將會(huì)為中小企業(yè)提供一個(gè)較好的解決方案。此外,如果通過(guò)機(jī)器人技術(shù)增強(qiáng)勞動(dòng)力水平達(dá)到降低成本和提高競(jìng)爭(zhēng)力的目的,還可以為社會(huì)創(chuàng)造更多的工作機(jī)會(huì)。

(3)人在未來(lái)智能制造發(fā)展過(guò)程中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。智能制造的實(shí)際需求在不同行業(yè)或不同企業(yè)之間存在著較大差異,并不是所有行業(yè)、所有工廠都需要完全自動(dòng)化或完全無(wú)人化,因而推進(jìn)智能制造需考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。例如,與汽車(chē)行業(yè)不同,航空、航天、船舶和建筑等行業(yè)由于任務(wù)和過(guò)程復(fù)雜性,目前尚未實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化和無(wú)人化,而是更多地依賴人機(jī)合作、人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累以及人的主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。因此,制造的未來(lái)并不是追求純粹的無(wú)人工廠,而是要以人為核心,使人在先進(jìn)技術(shù)的支持下從事更有價(jià)值、更有樂(lè)趣的工作,同步為企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

三、人本智造的內(nèi)涵與技術(shù)體系

人本智造,就是將以人為本的理念貫穿于智能制造系統(tǒng)的全生命周期過(guò)程(包括設(shè)計(jì)、制造、管理、銷(xiāo)售、服務(wù)等),充分考慮人(包括設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者、管理者、用戶等)的各種因素(如生理、認(rèn)知、組織、文化、社會(huì)因素等),運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù),充分發(fā)揮人與機(jī)器的各自優(yōu)勢(shì)來(lái)協(xié)作完成各種工作任務(wù),最大限度實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量、確保人員身心安全、滿足用戶需求、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的目的。

人本智造體現(xiàn)的是一種重要的發(fā)展理念,同時(shí)代表了未來(lái)智能制造發(fā)展的一個(gè)重要方向。人本智造并不特指某個(gè)單一的制造模式或者范式,在其發(fā)展進(jìn)程中還會(huì)出現(xiàn)大量的制造新模式、新業(yè)態(tài),如共享制造、社會(huì)化制造、可持續(xù)制造等。目前對(duì)人本智造的研究尚處于起步階段,但可以預(yù)計(jì),相關(guān)定義、內(nèi)涵和特征仍將不斷演化拓展。

(一)智能制造中人的因素

從智能制造全生命周期 的角度來(lái)看,智能制造中的人的因素包括人的作用、人機(jī)關(guān)系、人體工效學(xué)、認(rèn)知工效學(xué)、組織工效學(xué)(見(jiàn)圖 1),具體闡述如下。

基于HCPS的智能制造發(fā)展理論

1. 人的作用

人的作用主要體現(xiàn)為人在智能制造系統(tǒng)中的不同角色、作用及工作類(lèi)型等。從智能的角度看,人的作用集中體現(xiàn)在知識(shí)創(chuàng)造和流程創(chuàng)造方面,正是基于人的經(jīng)驗(yàn)、才智、知識(shí)等的持續(xù)沉淀和不斷實(shí)踐,制造的智能水平才得以不斷優(yōu)化和提升。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)智能制造中人的關(guān)鍵地位、決定性作用以及人的因素的重要性進(jìn)行了分析,認(rèn)為只有將先進(jìn)技術(shù)、人和組織集成協(xié)同起來(lái)才能真正發(fā)揮作用,進(jìn)而產(chǎn)生效益 [7,8]。周濟(jì)等 [1,2] 提出了 HCPS 的概念,認(rèn)為在 HCPS 中人起著主宰作用:物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)都是由人設(shè)計(jì)并創(chuàng)造出來(lái)的,分析計(jì)算與控制的模型、方法和準(zhǔn)則等都是由研發(fā)人員確定并固化到信息系統(tǒng)中的,整個(gè)系統(tǒng)的目的是為人類(lèi)服務(wù),人既是設(shè)計(jì)者、操作者、監(jiān)督者也是智能制造系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象。美國(guó)通用電氣公司在其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告中指出,人是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的重要要素之一 [4]。Nunes 等 [9] 認(rèn)為,人在信息–物理系統(tǒng)(CPS))中的作用包括數(shù)據(jù)獲取、狀態(tài)推斷、驅(qū)動(dòng)、控制、監(jiān)測(cè)等方面。Madni 等 [10,11] 認(rèn)為, HCPS 中人的作用包括人不在控制回路的監(jiān)測(cè)、人不在控制回路的監(jiān)測(cè)指導(dǎo)、人在回路的控制。 Jin 等 [12] 將 HCPS 中人的角色總結(jié)為操作者、代理人、用戶以及傳感終端等。

2. 人機(jī)關(guān)系

人機(jī)關(guān)系指人類(lèi)在生產(chǎn)生活過(guò)程中,持續(xù)改造自然、社會(huì)和人類(lèi)本身,并與勞動(dòng)對(duì)象和生產(chǎn)工具發(fā)生聯(lián)系,如人機(jī)交互、人機(jī)合作等。在智能制造系統(tǒng)人的因素研究中,通常會(huì)涉及人機(jī)關(guān)系問(wèn)題,目前國(guó)際上的代表性工作有人與機(jī)器人的關(guān)系問(wèn)題、第四代操作工(Operator 4.0)、人與 CPS 的關(guān)系研究以及以人為中心的智能制造系統(tǒng)研究等。例如,Romero 等 [13] 在 HCPS 語(yǔ)義下提出了 Operator 4.0 概念并展望了發(fā)展前景,認(rèn)為 Operator 4.0 理念有助于實(shí)現(xiàn)人機(jī)共生和可持續(xù)制造。Operator 4.0 具體分為:分析操作工、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)操作工、協(xié)作操作工、健康操作工、智能操作工、社交操作工、超強(qiáng)操作工和虛擬操作工等 [14]。

國(guó)內(nèi)外研究均高度重視智能制造系統(tǒng)中人的不可替代作用,同時(shí)闡述了智能制造系統(tǒng)中人的作用和人機(jī)關(guān)系等研究的重要意義。隨著制造系統(tǒng)智能化的推廣應(yīng)用,人在整個(gè)系統(tǒng)中的角色將逐漸從“操作者”轉(zhuǎn)向“監(jiān)管者”,成為影響制造系統(tǒng)能動(dòng)性最大的因素。在勞動(dòng)力有限、人力成本增加的情況下,有必要優(yōu)化人員配置,改進(jìn)人工操控與機(jī)器運(yùn)作之間的匹配性,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效協(xié)作。

3. 人因工程 / 人類(lèi)工效學(xué)

人因工程 / 人類(lèi)工效學(xué),指綜合運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等多學(xué)科的研究方法和手段,致力于研究人、機(jī)器、工作環(huán)境之間的相互關(guān)系和影響規(guī)律,以實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)性能,確保人的安全、健康和舒適等目標(biāo)的學(xué)科 [15];可細(xì)分為人體工效學(xué)、認(rèn)知工效學(xué)和組織工效學(xué)等。

人因工程 / 人類(lèi)工效學(xué)主要有三方面的研究?jī)?nèi)容。①傳統(tǒng)的人體工效學(xué)研究包括工作姿勢(shì)、重復(fù)動(dòng)作、工作地點(diǎn)布局、工作疾病、員工安全等;而在智能制造系統(tǒng)中,人體工效學(xué)研究涉及部分工作和動(dòng)作自動(dòng)化、人的安全、可穿戴設(shè)備等[16]。②認(rèn)知工效學(xué)關(guān)注的是心理過(guò)程,研究?jī)?nèi)容包括腦力負(fù)荷、決策、工作壓力、人的可靠性以及技能表現(xiàn)等;在智能制造語(yǔ)義下,相關(guān)研究進(jìn)展包括虛實(shí)融合、信息技術(shù)減輕認(rèn)知壓力、技術(shù)儲(chǔ)備等 [17~19];此外,感知、模擬仿真、AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)發(fā)展的主要目的也是在于提高或模擬增強(qiáng)人的各種認(rèn)知能力,因而也屬于認(rèn)知工效學(xué)的研究范疇。③組織工效學(xué)關(guān)注的是社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化,包括工作設(shè)計(jì)、人員資源管理、團(tuán)隊(duì)合作、虛擬組織以及組織文化等內(nèi)容;在智能制造系統(tǒng)中,相關(guān)研究進(jìn)展包括組織結(jié)構(gòu)扁平化、更新工作設(shè)計(jì)方式、產(chǎn)用融合等。

(二)人本智造的技術(shù)體系

基于 HCPS 理論,本文提出的人本智造的三層參考架構(gòu)如圖 2(a)所示,包含單元級(jí)智能制造、系統(tǒng)級(jí)智能制造、系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)智能制造。其中,單元級(jí)智能制造的技術(shù)體系如圖 2(b)所示,主要包括機(jī)器智能技術(shù)(如智能感知、智能決策、智能控制、學(xué)習(xí)認(rèn)知等)、制造領(lǐng)域技術(shù)(如切削加工、焊接、增材制造等)、人機(jī)協(xié)同技術(shù) / 人機(jī)關(guān)系三方面。在單元級(jí)智能制造的基礎(chǔ)上,通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成、物聯(lián)網(wǎng)、智能調(diào)度、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等技術(shù),可構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)、系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)智能制造(如智能車(chē)間、智能產(chǎn)線、智能工廠等),從而實(shí)現(xiàn)制造資源與人力資源在更大范圍上的優(yōu)化配置。

基于HCPS的智能制造發(fā)展理論

在人本智造系統(tǒng)中,信息系統(tǒng)主要是與人一起,對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行必要的感知、認(rèn)知、分析決策與控制,從而使物理系統(tǒng)(如機(jī)器、加工過(guò)程等)以盡可能最優(yōu)的方式運(yùn)行,包括認(rèn)知層面、決策層面以及控制層面的人機(jī)協(xié)同等;還需考慮人體工效學(xué)、認(rèn)知工效學(xué)、組織工效學(xué)等內(nèi)容。人本智造的相關(guān)技術(shù)主要有以人為本的設(shè)計(jì)、控制、 AI、計(jì)算、自動(dòng)化、服務(wù)、管理等。其中,以人為本的設(shè)計(jì)也稱“參與式設(shè)計(jì)”,在設(shè)計(jì)中注重人的思維、情感和行為,是一種創(chuàng)新性的解決問(wèn)題的方法;始終關(guān)注最終用戶的需求,并將其作為數(shù)字設(shè)計(jì)過(guò)程的中心。以人為本的 AI 則強(qiáng)調(diào) AI 的發(fā)展應(yīng)以 AI 對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響為指導(dǎo),更多融入人類(lèi)智慧的多樣性、差異性和深度性,以增強(qiáng)人類(lèi)技能而非取代人類(lèi)。

四、人本智造的應(yīng)用實(shí)踐

人本智造是一個(gè)大系統(tǒng),可從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ) 4 個(gè)維度來(lái)進(jìn)行認(rèn)識(shí)和理解。其中,以人為本的智能產(chǎn)品是主體,以人為本的智能生產(chǎn)是主線,以人為本的產(chǎn)業(yè)模式變革是主題,HCPS 和人因工程是基礎(chǔ)(見(jiàn)圖 3)。在前文闡述人因工程和 HCPS 的基礎(chǔ)上,聚焦應(yīng)用層面,對(duì)以人為本的智能產(chǎn)品、以人為本的智能生產(chǎn)、以人為本的產(chǎn)業(yè)模式變革展開(kāi)討論。

基于HCPS的智能制造發(fā)展理論

(一)以人為本的智能產(chǎn)品

智能制造的主體包括產(chǎn)品、制造裝備,其中產(chǎn)品是智能制造的價(jià)值載體,制造裝備是實(shí)施智能制造的前提和基礎(chǔ)。這里的“以人為本”指智能產(chǎn)品和裝備的服務(wù)目的在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮人的需求和人的因素,尤其是直接面向廣大消費(fèi)者的智能產(chǎn)品。同時(shí),在智能工業(yè)裝備的設(shè)計(jì)之初需要充分考慮人工干預(yù)的可能情況,在設(shè)計(jì)上留有權(quán)限和空間。

例 1:某品牌手機(jī)。該公司采用“互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)”模式引領(lǐng)了“創(chuàng)客”設(shè)計(jì)模式的新潮流,成為目前按銷(xiāo)售額計(jì)算成長(zhǎng)最快的公司之一,2018 年銷(xiāo)售額超過(guò) 1700 億元。基于“互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)”模式,研發(fā)人員通過(guò)微博、微信、論壇等渠道匯集用戶需求并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn);手機(jī)系統(tǒng) 80% 的更新需求是根據(jù)網(wǎng)友建議產(chǎn)生的,而有 33% 的系統(tǒng)更新是由用戶直接研發(fā)的 [1]。

(二)以人為本的智能生產(chǎn)

制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的共性使能技術(shù),推動(dòng)制造業(yè)逐步向智能化集成制造系統(tǒng)方向發(fā)展。在此過(guò)程中,需要堅(jiān)持以人為本,全面提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理水平,構(gòu)建智能企業(yè)。以人為本的智能生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐包括人機(jī)合作設(shè)計(jì)、人機(jī)協(xié)作裝配、以人為本的生產(chǎn)管理等。實(shí)際上,智能優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能協(xié)同設(shè)計(jì)、基于群體智能的“眾創(chuàng)”設(shè)計(jì)等都是以人為本智能設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,而基于 HCPS 開(kāi)發(fā)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)也是發(fā)展人本智造的重要內(nèi)容之一。

例 2 :基于深度學(xué)習(xí)的人機(jī)合作設(shè)計(jì)。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 Raina 等 [20] 采用深度學(xué)習(xí)方法提取人類(lèi)設(shè)計(jì)策略和隱性規(guī)則,由此訓(xùn)練機(jī)器以更好地協(xié)助人類(lèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)。事實(shí)上,人類(lèi)有很強(qiáng)的策略 / 方法遷移能力,可以依靠已有經(jīng)驗(yàn)解決相似問(wèn)題,但機(jī)器在這方面就遜色很多。Raina 等 [21] 嘗試對(duì)人類(lèi)的這種遷移過(guò)程進(jìn)行建模,提出了一種概率模型,可以有效地將人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)遷移策略轉(zhuǎn)移到機(jī)器上,從而更高效地幫助人類(lèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

例 3:人機(jī)協(xié)作裝配。針對(duì)部分行業(yè)或工藝過(guò)程不能完全部署機(jī)器人的實(shí)際情況,瑞典皇家理工學(xué)院 Wang Lihui 團(tuán)隊(duì)在歐盟科研框架計(jì)劃“地平線 2020”的資助下,開(kāi)展了人機(jī)共生協(xié)作裝配項(xiàng)目(SYMBIO-TIC)研究 [22]。項(xiàng)目聚焦人機(jī)協(xié)作裝配,主要研究傳感與通信、主動(dòng)防碰撞、動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃、適應(yīng)性機(jī)器人控制、移動(dòng)式工人輔助等,旨在確保工人安全參與人機(jī)高效協(xié)作;已與多家汽車(chē)公司和機(jī)器人公司開(kāi)展應(yīng)用合作。

例 4 :精益模式。作為技術(shù)管理、精益制造、精益產(chǎn)品研發(fā)認(rèn)證等課程的共同創(chuàng)辦人,美國(guó)密西根大學(xué) Jeffrey Liker 認(rèn)為精益模式的核心內(nèi)涵在于持續(xù)改進(jìn)與尊重人。尊重人的實(shí)質(zhì)就是以人為本,即重視公司文化、全員參與、標(biāo)準(zhǔn)化,發(fā)展信奉公司理念的杰出人才與團(tuán)隊(duì),不斷反思與持續(xù)改善、建設(shè)學(xué)習(xí)型組織等。從精益模式可以看出,以人為本的管理是企業(yè)重要的發(fā)展戰(zhàn)略,人是企業(yè)內(nèi)部發(fā)展的生命力與創(chuàng)造力,是企業(yè)最寶貴的資源。

(三)以人為本的產(chǎn)業(yè)模式變革

以智能服務(wù)為核心的產(chǎn)業(yè)模式變革是人本智造的主題。隨著先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用,制造業(yè)將從以產(chǎn)品為中心向以用戶為中心發(fā)生轉(zhuǎn)變,產(chǎn)業(yè)模式從大規(guī)模流水線生產(chǎn)向規(guī)模定制化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變,產(chǎn)業(yè)形態(tài)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變。

例 5 :某家電企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。與傳統(tǒng)制造和其他電商平臺(tái)不同,該平臺(tái)堅(jiān)持以人為本、人單合一的理念。平臺(tái)用戶從產(chǎn)品交互、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造到服務(wù)全流程參與體驗(yàn),且產(chǎn)品在用戶使用過(guò)程中通過(guò)“網(wǎng)器”(該公司相對(duì)于傳統(tǒng)“電器”提出的新概念)進(jìn)行持續(xù)的交互和迭代,最大程度滿足用戶個(gè)性化需求。企業(yè)通過(guò)產(chǎn)品交互了解用戶需求,把封閉的企業(yè)變成了生態(tài)系統(tǒng),讓用戶、企業(yè)、資源能夠全流程的創(chuàng)造價(jià)值;用戶主動(dòng)成為產(chǎn)品成長(zhǎng)的重要組成部分,企業(yè)也實(shí)現(xiàn)了自身效益的增加和發(fā)展模式在行業(yè)內(nèi)的復(fù)制推廣。例如,該平臺(tái)與某地合作建立建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)基地,將原本“單打獨(dú)斗”的 130 余家企業(yè),通過(guò)平臺(tái)集約化為 20 余家,在轉(zhuǎn)型升級(jí)后,使得制造成本降低 10%,產(chǎn)能提升 20%。以人為本的產(chǎn)業(yè)模式變革實(shí)現(xiàn)了用戶和企業(yè)的雙贏 [3]。

五、思考與建議

(一)政策層面

歐盟、美國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)都十分重視人本智造的研究,如美國(guó)專門(mén)設(shè)立“人–技術(shù)前沿的未來(lái)工作”系列研究項(xiàng)目進(jìn)行前瞻布局,這為我國(guó)發(fā)展人本智造帶來(lái)了挑戰(zhàn)和啟示。建議人本智造及時(shí)對(duì)接國(guó)家相關(guān)戰(zhàn)略,加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì);在智能制造試點(diǎn)示范、應(yīng)用推廣、宣傳貫徹、教育培訓(xùn)方面,系統(tǒng)考慮人的因素,將以人為本的理念融入到智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和成熟度評(píng)價(jià)等工作中;更加重視人機(jī)協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)化、人機(jī)任務(wù)分工和智能制造人員成熟度評(píng)價(jià)等工作。推動(dòng) HCPS 和人因工程等概念在智能制造實(shí)踐中落地生根,促進(jìn)人本智造在我國(guó)的深化發(fā)展。

(二)企業(yè)層面

從人的角度來(lái)看,智能制造企業(yè)需著重考慮并解決兩個(gè)問(wèn)題:如何用先進(jìn)適用的技術(shù)延長(zhǎng)員工的職業(yè)生涯,讓那些體力逐漸下降而智力與經(jīng)驗(yàn)仍處在高峰的員工,在技術(shù)的支持下繼續(xù)貢獻(xiàn)價(jià)值;如何用技術(shù)營(yíng)造一種環(huán)境氛圍,讓年輕一代愿意從事制造業(yè)工作,并體會(huì)到智能制造工作和價(jià)值創(chuàng)造的樂(lè)趣。建議制造企業(yè)將“以人為本”作為發(fā)展智能制造的重要理念,重視員工的培訓(xùn)、教育與管理,并將此視為企業(yè)的戰(zhàn)略性投資。企業(yè)進(jìn)一步使用協(xié)作機(jī)器人來(lái)滿足自己的需求,而不是全部采用傳統(tǒng)機(jī)器人來(lái)“機(jī)器換人”。通過(guò)不斷的嘗試、磨合與調(diào)整,找到適合企業(yè)自身的人機(jī)搭配工作方式以不斷地提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。

(三)研究層面

從研究現(xiàn)角看,HCPS 與人本智造、面向智能制造的人因工程、協(xié)作機(jī)器人等方面需進(jìn)一步加強(qiáng)探索。高度重視 HCPS 科學(xué)與技術(shù)體系的構(gòu)建與完善,在智能制造領(lǐng)域推廣應(yīng)用 HCPS,由此大力發(fā)展人本智造。相關(guān)理論與應(yīng)用研究應(yīng)包括以人為本的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品、自動(dòng)化、AI、生產(chǎn)、工廠、服務(wù)等。重視智能制造系統(tǒng)中的人體工效學(xué)、認(rèn)知工效學(xué)、組織工效學(xué)等人因工程的研究,致力實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的良性互動(dòng)。此外,協(xié)作機(jī)器人、共融機(jī)器人是重要的研發(fā)方向,人與信息物理系統(tǒng)的交互、人的數(shù)字孿生、人在回路的控制是亟待加強(qiáng)的研究課題。
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