基于人-信息-物理系统(HCPS)的新一代智能制造研究

本文从制造业面临的问题和挑战、新一代人工智能技术带来的重大机遇、新一轮工业革命的核心技术等方面论述了新一代智能制造的发展背景。通过分析智能制造的发展演进过程,指出传统制造向智能制造发展的过程是从原来的"人–物理"二元系统(HPS)向新的"人–信息–物理"三元系统(HCPS)发展的过程。HCPS揭示了智能制造发展的基本原理,是支撑新一代智能制造发展的理论基础。基于HCPS和智能制造的系统集成,从给制造业带来的革命性变化、给人类社会带来的革命性变化等方面描述了新一代智能制造的愿景。

面向人本智造的新一代操作工:参考架构、使能技术与典型场景

操作工人(Operator)是制造系统中最灵活、最具有主观能动性的要素。新兴信息技术赋能制造系统,驱动制造效率和质量的快速提升,同时也赋予操作工多样化感知、认知和控制的能力。面向以人为本的智能制造(人本智造),传统操作工的角色定位已无法适应新场景、新技术和新问题,新一代操作工(Operator4.0)应运而生。围绕操作工在制造系统中的作用,分析了历次工业革命至今操作工角色的变迁,并在人-信息-物理系统(Human-cyber-physical systems, HCPS)语义下阐述了新一代操作工的基本内涵。按照工作任务特点和技术方案,新一代操作工可分为力量型、认知增强型、协作型等种类;同时,从感知线程、认知线程和控制线程三个角度讨论了新一代操作工的参考架构;重点分析了新一代操作工的关键使能技术,包括外骨骼、增强现实、可穿戴技术、人工智能等。对新一代操作工的典型应用进行讨论,包括基于增强现实的复杂产品装配、工业机器人辅助制造和基于虚拟现实的制造培训等,展现新一代操作工的应用基础和效果,以期为人本智造的前沿探索、技术开发与实践应用提供参考。