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新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命正推動(dòng)制造業(yè)向更高層次發(fā)展，促進(jìn)新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，也促進(jìn)智能制造向自主智能方向發(fā)展，但生產(chǎn)的目的是更好地滿足人類的需求，還需要考慮生產(chǎn)對社會(huì)的作用和貢獻(xiàn)，因而以人為本的智能制造日益受到關(guān)注和重視。

人仍然是一個(gè)制造系統(tǒng)最為重要的生產(chǎn)要素，需要以人為中心探討智能制造問題。

為此，本文首先從工業(yè)革命進(jìn)程中人機(jī)交互與企業(yè)創(chuàng)新的演進(jìn)發(fā)展、生產(chǎn)模式與人類需求的遞進(jìn)關(guān)聯(lián)關(guān)系兩個(gè)方面論述智能制造面臨的人本問題，闡明在智能制造中引入“以人為本”理念的必要性；接著從首次工業(yè)革命的機(jī)器化大規(guī)模生產(chǎn)到當(dāng)今包容性長尾制造的制造業(yè)發(fā)展歷史長河之中，歸納總結(jié)出人本制造演進(jìn)脈絡(luò)，并以智能包容性長尾制造為例說明人本智能制造理念實(shí)現(xiàn)；最后對人本智能制造的未來發(fā)展趨勢做出展望。

01

前言

人本制造的定義與背景

• 概念：人本制造（以人為中心的制造）是以人為核心的制造理念，涉及人與機(jī)器及其關(guān)系（人機(jī)關(guān)系）。
• 技術(shù)背景：物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、信息物理系統(tǒng)（CPS）、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等新一代信息通信（ICT）/人工智能（AI）技術(shù)推動(dòng)工業(yè)4.0的到來，形成了新型操作工人——操作員4.0，以及自主智能機(jī)器。

人機(jī)關(guān)系的發(fā)展

• 演變：從最初的單人-單機(jī)物理直接交互發(fā)展到人機(jī)物虛實(shí)融合的系統(tǒng)協(xié)同。
• 概念：人不再局限于物理回路里（Human-in-the-loop，HiL），還包括人在回路上（Human-on-the-loop，HoL）和人在回路外（Human-out-of-the-loop，HofL）。
• 對應(yīng)空間：HiL、HoL和 HofL分別對應(yīng)智慧制造的物理空間、信息空間和社會(huì)（社群）空間，形成三位一體的自主社會(huì)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（SCPPS）。

生產(chǎn)關(guān)系的變革

• 趨勢：新科技和產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展和生產(chǎn)關(guān)系變革。
• 協(xié)同創(chuàng)新：產(chǎn)品生產(chǎn)逐步由生產(chǎn)者主導(dǎo)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)者與消費(fèi)者協(xié)同融合發(fā)展，形成技術(shù)共享、智慧共享、協(xié)同創(chuàng)新的社會(huì)環(huán)境。
• 包容性制造：通過多元化、多粒度的社會(huì)制造單元協(xié)同完成產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，滿足多樣化需求，增強(qiáng)社會(huì)參與度，形成以人為本的包容性制造。

智能制造的全球趨勢

• 國際對比：智能制造成為各國制造業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)，如德國的工業(yè)4.0和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，均致力于實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的新一代智能制造模式。
• 本質(zhì)：制造信息化加深的過程。

人本智造的發(fā)展

• 圍繞“人”展開：以人為本的制造理念將在未來智能制造中扮演重要角色。
• 現(xiàn)階段：人本智造處于概念形成和起步階段，需梳理其發(fā)展脈絡(luò)，并結(jié)合以人為中心的人工智能和新興的元宇宙加以延伸拓展。

研究框架

• 問題分析：分析新工業(yè)革命下智能制造面臨的人機(jī)要素問題，包括人機(jī)交互與企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、生產(chǎn)模式演化與人類需求遞進(jìn)關(guān)聯(lián)。
• 生產(chǎn)模式變遷：論述從機(jī)器化大規(guī)模生產(chǎn)到包容性長尾制造的人本制造發(fā)展現(xiàn)狀，并以智能包容性長尾制造為案例說明人本智造的實(shí)現(xiàn)。
• 未來趨勢：從工業(yè)元宇宙（元制造）、“融合智能+混合制造”以及人機(jī)協(xié)作進(jìn)化三個(gè)方面分析人本智造的未來發(fā)展趨勢。

02

智能制造面臨的人本問題

工業(yè)4.0下的人機(jī)交互與企業(yè)創(chuàng)新

• 工業(yè)革命的演變：
• 工業(yè)1.0：蒸汽機(jī)和操作員1.0，解放體力勞動(dòng)。
• 工業(yè)2.0：電動(dòng)機(jī)和操作員2.0，電氣化和自動(dòng)控制。
• 工業(yè)3.0：數(shù)字電子計(jì)算機(jī)和操作員3.0，部分腦力勞動(dòng)解放。
• 工業(yè)4.0：新一代AI和語義網(wǎng)，創(chuàng)新3.0，操作員4.0，全面腦力勞動(dòng)解放。
• 企業(yè)創(chuàng)新模式的演變：
• 創(chuàng)新1.0：封閉式創(chuàng)新，企業(yè)內(nèi)部員工創(chuàng)新。
• 創(chuàng)新2.0：開放式創(chuàng)新，結(jié)合外部資源和消費(fèi)者創(chuàng)新。
• 創(chuàng)新3.0：嵌入式創(chuàng)新，消費(fèi)者和研究者全面參與。
• 創(chuàng)新4.0：全球式創(chuàng)新，聚集全球企業(yè)和消費(fèi)者創(chuàng)新思想。

生產(chǎn)模式演化與人類需求多樣化

• 生產(chǎn)模式與人類需求：
• 工業(yè)1.0/2.0：大規(guī)模生產(chǎn)，低廉價(jià)格滿足大眾需求。
• 工業(yè)3.0：大規(guī)模定制生產(chǎn)，滿足個(gè)性化需求。
• 工業(yè)4.0：智能制造，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)，形成“產(chǎn)消者”。
• 商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變：
• 從推式生產(chǎn)轉(zhuǎn)向拉式生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化需求和長尾制造。
• 工業(yè)5.0：以人為本，工人的福祉成為中心，促進(jìn)社會(huì)公平和可持續(xù)性。
• 人本智能制造：
• 將生產(chǎn)者與消費(fèi)者整合到產(chǎn)品全生命周期管理中，實(shí)現(xiàn)真正的人本智能制造。
• 采用利益相關(guān)者理論，關(guān)注所有利益相關(guān)者的訴求，包括股東、消費(fèi)者、政府等。

03

人本智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

制造業(yè)與信息業(yè)的緊密結(jié)合

• 制造的本質(zhì)：利用能量將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，在信息交流的作用下完成。信息提升制造業(yè)智能化水平。
• 個(gè)體智能：19世紀(jì)中葉，生產(chǎn)主要以手工作坊為主，智能化水平由作坊主決定。
• 數(shù)字化制造：20世紀(jì)50年代起，電子計(jì)算機(jī)與制造業(yè)結(jié)合，提升智能化水平。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成功研制，推動(dòng)“數(shù)字化制造”模式（計(jì)算機(jī)集成制造CIM）。
• 網(wǎng)絡(luò)制造：20世紀(jì)80年代初，Web技術(shù)推動(dòng)“網(wǎng)絡(luò)制造”模式（敏捷制造Agile manufacturing），提升企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平。
• 計(jì)算智能：新世紀(jì)以來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等新技術(shù)出現(xiàn)，推動(dòng)制造業(yè)進(jìn)入“計(jì)算智能”階段，歐美國家稱之為Smart manufacturing(SM)。
• 認(rèn)知智能：未來制造將進(jìn)入“大眾化自我實(shí)現(xiàn)個(gè)性化”生產(chǎn)模式，普通大眾將參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這一階段稱為“認(rèn)知智能”或“自我認(rèn)知制造網(wǎng)絡(luò)”（Self-X cognitive manufacturing network），典型制造模式為“智慧制造（Wisdom manufacturing）”。

智能制造的演化路線

• 工業(yè)1.0：機(jī)械化大批量生產(chǎn)，動(dòng)力不再局限于自然力，初步解放了人類體力勞動(dòng)。
• 工業(yè)2.0：電氣化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用，出現(xiàn)了剛性大規(guī)模流水生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率提高，操作難度降低。
• 工業(yè)3.0：計(jì)算機(jī)命令交互與圖形用戶界面出現(xiàn)，操作工逐漸從產(chǎn)線回路中解放。
• 工業(yè)4.0：智能制造發(fā)展，操作工進(jìn)入虛擬空間和社會(huì)空間，企業(yè)采用開放式、嵌入式創(chuàng)新模式。
• 工業(yè)5.0：人本智造進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以人為中心(human-centric)、可持續(xù)和彈性的生產(chǎn)模式。

人本智造的發(fā)展階段

• 手工作坊階段：按客戶需求手工定制，智能水平由手工制作者決定。
• 大批量生產(chǎn)階段：福特汽車流水線，生產(chǎn)效率提高但產(chǎn)品種類較少。
• 精益生產(chǎn)階段：豐田汽車生產(chǎn)，產(chǎn)出投入比高。
• 大批量定制階段：戴爾電腦大批量定制，兼顧個(gè)性化與大批量生產(chǎn)。
• 全球制造網(wǎng)絡(luò)階段：波音飛機(jī)生產(chǎn)，全球分工協(xié)作。
• 大批量個(gè)性化生產(chǎn)階段：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、Web2.0技術(shù)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化大批量個(gè)性化生產(chǎn)。
• 大規(guī)模個(gè)性化定制階段：工業(yè)4.0，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)及深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用。
• 大眾化自我實(shí)現(xiàn)個(gè)性化生產(chǎn)階段：3D打印技術(shù)，用戶參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)。

未來智能制造的創(chuàng)新模式

• 封閉式創(chuàng)新：企業(yè)依靠自身創(chuàng)意和內(nèi)部市場，控制產(chǎn)品創(chuàng)新。
• 開放式創(chuàng)新：吸納外部技術(shù)人員或消費(fèi)者創(chuàng)意，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化。
• 嵌入式創(chuàng)新：利益相關(guān)者從回路外進(jìn)入回路內(nèi)，加速個(gè)性化產(chǎn)品創(chuàng)新。
• 全球式創(chuàng)新：未來企業(yè)采用全球式創(chuàng)新模式，確保全球消費(fèi)者參與產(chǎn)品創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化需求。

人本智造的系統(tǒng)構(gòu)成

• 社會(huì)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（SCPPS）：融合物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)、人際網(wǎng)、內(nèi)容/知識(shí)網(wǎng)與先進(jìn)制造技術(shù)，形成協(xié)同社會(huì)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)。
• 人本智造的實(shí)現(xiàn)：從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)設(shè)施等維度全盤考量，最終實(shí)現(xiàn)以人為中心的工業(yè)5.0。

04

人本智造實(shí)例——包容性制造

包容性制造的理念與發(fā)展背景

• 社會(huì)分工與制造角色：人本智造不僅滿足生產(chǎn)者和消費(fèi)者的需求，更要滿足制造全價(jià)值鏈上所有參與者的需求。
• 環(huán)境與可持續(xù)性：制造業(yè)在滿足人類生活需求的同時(shí)也是環(huán)境污染的重要來源之一。近年來，隨著環(huán)境問題的關(guān)注和利益相關(guān)者的壓力，可持續(xù)制造理念得到重視，旨在減少環(huán)境負(fù)面影響和資源消耗，同時(shí)具備社會(huì)責(zé)任感和經(jīng)濟(jì)可行性。

智慧制造的實(shí)現(xiàn)路徑

• 社會(huì)信息物理系統(tǒng)（Social CPS, SCPS）：融合物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)容知識(shí)網(wǎng)和人際網(wǎng)，將人（社會(huì)）、計(jì)算機(jī)（信息空間）和物（環(huán)境）融合，實(shí)現(xiàn)智慧制造，自然而然地考慮了社會(huì)和環(huán)境問題。

生產(chǎn)側(cè)與消費(fèi)側(cè)的角色轉(zhuǎn)變

• 生產(chǎn)側(cè)操作者的轉(zhuǎn)變：逐步將生產(chǎn)側(cè)操作者從“環(huán)內(nèi)”轉(zhuǎn)移到“環(huán)上”和“環(huán)外”，解放重復(fù)繁重的體力、腦力勞動(dòng)，利用機(jī)器人完成繁重、危險(xiǎn)、重復(fù)的工作，創(chuàng)意和藝術(shù)性的工作由人與協(xié)作機(jī)器人協(xié)同完成。
• 消費(fèi)者的參與：消費(fèi)者不再僅滿足于產(chǎn)品及其附帶的服務(wù)，而是參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造等全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。

企業(yè)創(chuàng)新模式的發(fā)展

• 創(chuàng)新模式：從封閉式創(chuàng)新到開放式創(chuàng)新，再到嵌入式創(chuàng)新，最終形成全球式創(chuàng)新模式，推動(dòng)產(chǎn)消融合和社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長，滿足人類多層次、多樣化的產(chǎn)品需求。

長尾制造與智能化機(jī)器的關(guān)系

• 長尾制造：包括大規(guī)模個(gè)性化定制和大規(guī)模定制，適應(yīng)個(gè)體需求和以人為中心的制造理念。
• 智能化機(jī)器：從工業(yè)1.0的被動(dòng)“裸機(jī)”到工業(yè)4.0的自主智能機(jī)器，推動(dòng)智能制造的發(fā)展。

包容性制造體系架構(gòu)

• 社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)：融合長尾制造與可持續(xù)制造（再制造）理念，與SCPS、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈等新興ICT/AI技術(shù)深度融合，形成以人為本的包容性制造體系架構(gòu)。
• 系統(tǒng)全局優(yōu)化：通過對信息流、能量流、物料流的系統(tǒng)全局優(yōu)化，達(dá)到可持續(xù)制造的目標(biāo)。

05

展望

智能制造技術(shù)的主要特點(diǎn)

• 高度自動(dòng)化：通過智能設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，減少人為干預(yù)。
• 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和決策。
• 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同：通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的高效協(xié)同和共享。
• 定制化生產(chǎn)：滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)。

智能制造的關(guān)鍵技術(shù)

• 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）：實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通，提高生產(chǎn)線的柔性和效率。
• 大數(shù)據(jù)分析：對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升產(chǎn)品質(zhì)量。
• 人工智能（AI）：通過機(jī)器學(xué)習(xí)和智能算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化控制和優(yōu)化。
• 云計(jì)算：提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效處理和管理。

智能制造應(yīng)用案例

• 汽車制造：通過智能生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的全自動(dòng)化和高效化。
• 電子產(chǎn)品生產(chǎn)：利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
• 醫(yī)療設(shè)備制造：通過智能制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度、高可靠性的醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)。

06

結(jié)論

生產(chǎn)是為了滿足人類的需求而存在的，圍繞“人”這一最重要的主體探討了人本制造的發(fā)展。本質(zhì)上來說，人類生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷史就是一個(gè)不斷走向以人為本的生產(chǎn)過程，或者說是一個(gè)通過機(jī)器不斷把人從重復(fù)繁重的體力和智力的生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來的過程，也是一個(gè)不斷滿足人類對美好生活追求的過程，但是生產(chǎn)活動(dòng)必須確保地球的可承受能力和社會(huì)公平前提下進(jìn)行，只有包括生產(chǎn)者與消費(fèi)者等利益相關(guān)者所有人都可以參與集成到產(chǎn)品的全生命周期管理、制造的全價(jià)值鏈中，人本制造才得以真正實(shí)現(xiàn)。從歷次主要生產(chǎn)方式變革來看，從工業(yè) 1.0“人+裸機(jī)”機(jī)器化大規(guī)模生產(chǎn)到工業(yè) 4.0 自主智能生產(chǎn)，就是一個(gè)不斷提高機(jī)器自主性而減少人工干預(yù)的生產(chǎn)自動(dòng)化/智能化發(fā)展過程，也是從“人適應(yīng)機(jī)器”到“智能化機(jī)器(系統(tǒng))適應(yīng)人”的發(fā)展過程，但只有到了以人為中心、可持續(xù)、彈性的工業(yè)5.0理念下的智能制造——人本智造理念才得以真正實(shí)現(xiàn)。包容性智慧長尾制造是一種關(guān)注當(dāng)代人的生存、權(quán)利和福祉方面的一種人本智造模式，體現(xiàn)以人為核心的制造價(jià)值觀。

工業(yè)元宇宙(元制造)、融合智能+混合制造、人機(jī)協(xié)作進(jìn)化是人本智造未來發(fā)展方向，但要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者與消費(fèi)者等利益相關(guān)者雙向流動(dòng)的全球式協(xié)同創(chuàng)新的人本智造還有很長的路要走。