2025年, 第61卷, 第15期 
刊出日期:2025-08-05
  

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    特邀专辑:人本智造
  • 杨华勇, 王力翚, 王柏村, 郑湃, 冷杰武, 陶永, 刘庭煜, 黄思翰, 赵强强, 杨赓, 刘培基, 郭鑫, 周慧颖
    机械工程学报. 2025, 61(15): 1-3. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.001
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  • 综述
  • 张洁, 丁鹏飞, 王柏村, 张朋, 吕佑龙, 汪俊亮
    机械工程学报. 2025, 61(15): 4-20. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.004
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    欧盟工业5.0赋予了智能制造新的时代内涵——以人为本,促进了人本智造(以人为本的智能制造)的快速发展。作为人本智造的核心范式之一,人机协作已成为近年来工业制造领域的研究热点。因此,对人机协作的过去和未来进行全面分析:梳理人机关系发展与演变,探讨人机协作模式的迭代与融合,归纳人机协作在多个领域的典型应用,展望人机协作未来发展愿景与技术突破方向。从工业化发展历程与人机共情程度的耦合关联中,阐述人机关系的发展与演变过程。基于人机关系及其协作特点,对制造系统人机协作模式的迭代与融合进行分析与总结。归纳人机交互、人机协同和人机共生三种人机协作典型模式在产品装配、机器人控制、自主驾驶等领域的应用,讨论不同人机协作模式在实际应用中存在的不足与挑战。展望人机协作未来愿景与发展方向,探讨未来人机协作时代需要突破的新技术、新理论,以期促进制造系统人机协作迈向人本智造新的层级。
  • 王柏村, 宋词, 苑艺修, 周慧颖, 鲍劲松, 黄思翰, 刘蔚然, 刘庭煜, 阮兵, 陶飞, 谢海波, 杨华勇
    机械工程学报. 2025, 61(15): 21-39. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.021
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    在工业4.0迈向工业5.0的过程中,以人为本的智能制造(人本智造)是智能制造的创新发展范式,旨在以人的福祉为核心价值,重塑人在生产制造过程中的主体地位,推进未来工业迈向以人为本、可持续性、韧性。对人体运动行为进行分析,是理解人的运动意图,推动人本智造创新发展的关键。以面向人本智造的人体运动数字孪生研究为切入点,梳理人体运动建模、人体运动感知、人体运动分析等使能技术及其研究进展。重点围绕单元级、产线级、车间级三个维度,讨论人体运动数字孪生在人本智造领域的典型应用。最后,对面向人本智造的人体运动数字孪生进行展望。
  • 乔非, 刘鹃, 王冬源, 丁晨, 施嘉璇, 王俊凯, 马玉敏
    机械工程学报. 2025, 61(15): 40-56. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.040
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    工业5.0引领制造业向以人为本的智能制造(人本智造)变革,制造系统中不同岗位和角色的人展现出更多样化和更全面的操作、智能和社会属性。针对生产调度这一典型场景,在人-信息-物理生产系统(Human-cyber-physical production system, HCPPS)的语义下,定义感知层-认知层-决策层贯通的智造回路环,从环内操作人融合的适应性创新、环上决策人融合的智能化创新和环外社会人融合的可持续创新这三个角度,构建多层次人本融合框架;并分别提出面向操作人融合的适应性调度技术、面向决策人融合的人-机混合智能技术和面向社会人融合的可持续协同优化技术;最后,以飞机脉动总装线典型调度场景为案例,验证了所提技术的有效性,为实现工业5.0的人本智造提供理论和技术实践参考。
  • 刘庭煜, 翁陈熠, 王柏村, 郑湃, 赵强强, 王昊琪, 董元发, 庄存波, 冷杰武, 向峰, 陈成军, 周小舟, 李兴宇, 焦磊, 王晓宇, 倪中华
    机械工程学报. 2025, 61(15): 57-81. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.057
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    随着新一代信息技术与制造技术的持续深度融合,以人为中心的智能制造范式正在重塑传统工业生产模式,人体行为识别技术作为实现人本智造的关键使能技术,主要研究人体行为语义的智能识别与理解,展现出广阔应用前景。对工业场景中人体行为识别技术的发展现状、关键挑战与应用前景进行系统探讨,有助于推动人本智造的理论发展与创新实践。首先,以人体行为识别技术的发展脉络为基础,深入分析人体感知、行为建模和行为识别等核心技术的演进过程,为人体行为识别技术的工业化应用奠定技术基础;其次,针对工业场景的特殊需求,重点讨论多模态鲁棒感知系统、多尺度行为理解框架、融合意图理解的人机协同及工业场景的优化部署等关键技术的研究现状;在此基础上,对工业场景人体行为数据集进行系统化分析和质量评估,并重点阐述人体行为识别技术在生产安全管控、生产调度优化、工艺改进和行为改善等典型应用场景的实践进展;最后,结合空间智能、生理认知融合、多模态大语言模型等新兴技术,展望工业人体行为识别技术的未来发展方向。
  • 李骏, 郭喜锋, 赵武, 张凯, 于淼, 郭鑫
    机械工程学报. 2025, 61(15): 82-104. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.082
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    工业5.0强调人的核心地位,以人为本的理念在产品的设计、制造、运维、服务等各阶段都越来越受到关注。概念设计是产品生命周期的最早期阶段,其核心是由设计主体的创造性活动生成能满足人的个性化需求的概念方案,极大程度上决定了后续环节的创新水平和实施质量。以人为本的理念给产品设计提出了新的要求,传统以设计者为主体的概念设计模式需要向设计者、用户、机器共融的多设计主体模式转变。因此,将设计者的推理决策能力与用户的深度参与、机器的计算生成能力紧密融合,提出一种以人为本视角下,用户-设计者-机器多设计主体共融的产品概念设计模型与框架,旨在更好地为工业5.0下的人本智造服务。首先从影响因素、表现形式、主要特征三方面阐述以人为本的概念设计的独特内涵;然后融合概念设计中人的交互机制、人机协同机制以及设计过程运行机制,提出以人为本下多设计主体共融的概念设计“H(Human)-M(Machine)-D(Design)”模型,从用户和设计者、智能机器、设计过程的维度分析了其基本逻辑和运行原理;最后,建立以人为本的概念设计的总体实施框架,阐述了设计思维认知理解、设计主体协同交互、个性化知识服务、概念设计推理决策四类关键技术,为实现多设计主体共融的产品概念设计中的人-人协同、人-物协同、人-机协同提供支持。以某电梯的以人为本概念设计过程为案例对所提出模型和框架进行了应用验证。
  • 高晗, 蒲琪然, 赵永生, 张茂林, 吴紫涧, 程宝平, 王柏村
    机械工程学报. 2025, 61(15): 105-120. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.105
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    非侵入式脑机接口(Brain-computer interface, BCI)技术作为一种新兴的人机交互方式,在机器人控制领域展现了广阔的应用前景。首先概述其发展背景与重要性,并深入探讨脑电信号的生理基础,阐明脑电图(Electroencephalography, EEG)以其无创性和便捷性成为BCI系统的常用测量手段。随后,分析了典型BCI范式的优劣特点和适用场景——包括主动式如运动想象、反应式如稳态视觉诱发电位(Steady-state visual evoked potential, SSVEP)、事件相关电位P300,以及结合多种范式优势的混合范式,展示了这些范式如何实现复杂且高效的机器人控制任务。此外,系统地介绍了EEG信号采集、预处理及模式识别的关键步骤,强调了深度学习在提高解码精度方面的作用,同时也指出了其面临的挑战,如数据量需求大和模型解释性差。最后,总结了BCI技术的发展趋势和研究挑战,提出了推动非侵入式BCI技术在实际机器人控制应用中进一步发展的方向。综上所述,不仅对非侵入式BCI技术在机器人控制领域应用进行了探讨,还强调了该技术在未来可能带来的变革性影响,为后续研究提供参考和启发。
  • 陶永, 万嘉昊, 王田苗, 熊友军, 王柏村, 张文博, 邓昌义, 陶雨, 杨赓, 魏洪兴
    机械工程学报. 2025, 61(15): 121-147. https://doi.org/10.3901/JME.2025.15.121
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    当前人形机器人技术正在加速演进,已成为全球科技创新与产业升