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 新一輪科技與產業革命正推動制造業向更高層次發展，促進新一代信息技術與先進制造技術深度融合，也促進智能制造向自主智能方向發展，但生產的目的是更好地滿足人類的需求，還需要考慮生產對社會的作用和貢獻，因而以人為本的智能制造日益受到關注和重視。

人仍然是一個制造系統最為重要的生產要素，需要以人為中心探討智能制造問題。

 為此，本文首先從工業革命進程中人機交互與企業創新的演進發展、生產模式與人類需求的遞進關聯關系兩個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；接著從首次工業革命的機器化大規模生產到當今包容性長尾制造的制造業發展歷史長河之中，歸納總結出人本制造演進脈絡，并以智能包容性長尾制造為例說明人本智能制造理念實現；最后對人本智能制造的未來發展趨勢做出展望。

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，涉及人與機器及其關系（人機關系）。
• 技術背景：物聯網、云計算、信息物理系統（CPS）、大數據、深度學習等新一代信息通信（ICT）/人工智能（AI）技術推動工業4.0的到來，形成了新型操作工人——操作員4.0，以及自主智能機器。

人機關系的發展

• 演變：從最初的單人-單機物理直接交互發展到人機物虛實融合的系統協同。
• 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）。
• 對應空間：HiL、HoL和 HofL分別對應智慧制造的物理空間、信息空間和社會（社群）空間，形成三位一體的自主社會信息物理生產系統（SCPPS）。

生產關系的變革

• 趨勢：新科技和產業革命促進生產力發展和生產關系變革。
• 協同創新：產品生產逐步由生產者主導轉向生產者與消費者協同融合發展，形成技術共享、智慧共享、協同創新的社會環境。
• 包容性制造：通過多元化、多粒度的社會制造單元協同完成產品全生命周期的各個環節，滿足多樣化需求，增強社會參與度，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發展的制高點，如德國的工業4.0和美國的工業互聯網，均致力于實現虛實融合的新一代智能制造模式。
• 本質：制造信息化加深的過程。

人本智造的發展

• 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。
• 現階段：人本智造處于概念形成和起步階段，需梳理其發展脈絡，并結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：分析新工業革命下智能制造面臨的人機要素問題，包括人機交互與企業創新發展、生產模式演化與人類需求遞進關聯。
• 生產模式變遷：論述從機器化大規模生產到包容性長尾制造的人本制造發展現狀，并以智能包容性長尾制造為案例說明人本智造的實現。
• 未來趨勢：從工業元宇宙（元制造）、“融合智能+混合制造”以及人機協作進化三個方面分析人本智造的未來發展趨勢。

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智能制造面臨的人本問題

工業4.0下的人機交互與企業創新

• 工業革命的演變：
• 工業1.0：蒸汽機和操作員1.0，解放體力勞動。
• 工業2.0：電動機和操作員2.0，電氣化和自動控制。
• 工業3.0：數字電子計算機和操作員3.0，部分腦力勞動解放。
• 工業4.0：新一代AI和語義網，創新3.0，操作員4.0，全面腦力勞動解放。
• 企業創新模式的演變：
• 創新1.0：封閉式創新，企業內部員工創新。
• 創新2.0：開放式創新，結合外部資源和消費者創新。
• 創新3.0：嵌入式創新，消費者和研究者全面參與。
• 創新4.0：全球式創新，聚集全球企業和消費者創新思想。

生產模式演化與人類需求多樣化

• 生產模式與人類需求：
• 工業1.0/2.0：大規模生產，低廉價格滿足大眾需求。
• 工業3.0：大規模定制生產，滿足個性化需求。
• 工業4.0：智能制造，實現大規模個性化生產，形成“產消者”。
• 商業模式的轉變：
• 從推式生產轉向拉式生產，強調個性化需求和長尾制造。
• 工業5.0：以人為本，工人的福祉成為中心，促進社會公平和可持續性。
• 人本智能制造：
• 將生產者與消費者整合到產品全生命周期管理中，實現真正的人本智能制造。
• 采用利益相關者理論，關注所有利益相關者的訴求，包括股東、消費者、政府等。

03

人本智能制造發展現狀

制造業與信息業的緊密結合

• 制造的本質：利用能量將物質轉化為產品，在信息交流的作用下完成。信息提升制造業智能化水平。
• 個體智能：19世紀中葉，生產主要以手工作坊為主，智能化水平由作坊主決定。
• 數字化制造：20世紀50年代起，電子計算機與制造業結合，提升智能化水平。20世紀70年代，計算機網絡的成功研制，推動“數字化制造”模式（計算機集成制造CIM）。
• 網絡制造：20世紀80年代初，Web技術推動“網絡制造”模式（敏捷制造Agile manufacturing），提升企業的數字化、網絡化水平。
• 計算智能：新世紀以來，物聯網、大數據、云服務等新技術出現，推動制造業進入“計算智能”階段，歐美國家稱之為Smart manufacturing(SM)。
• 認知智能：未來制造將進入“大眾化自我實現個性化”生產模式，普通大眾將參與產品設計。這一階段稱為“認知智能”或“自我認知制造網絡”（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1.0：機械化大批量生產，動力不再局限于自然力，初步解放了人類體力勞動。
• 工業2.0：電氣化生產設備的應用，出現了剛性大規模流水生產線，生產效率提高，操作難度降低。
• 工業3.0：計算機命令交互與圖形用戶界面出現，操作工逐漸從產線回路中解放。
• 工業4.0：智能制造發展，操作工進入虛擬空間和社會空間，企業采用開放式、嵌入式創新模式。
• 工業5.0：人本智造進一步發展，實現以人為中心(human-centric)、可持續和彈性的生產模式。

人本智造的發展階段

• 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。
• 大批量生產階段：福特汽車流水線，生產效率提高但產品種類較少。
• 精益生產階段：豐田汽車生產，產出投入比高。
• 大批量定制階段：戴爾電腦大批量定制，兼顧個性化與大批量生產。
• 全球制造網絡階段：波音飛機生產，全球分工協作。
• 大批量個性化生產階段：移動互聯網、Web2.0技術應用，網絡化大批量個性化生產。
• 大規模個性化定制階段：工業4.0，物聯網、大數據、云服務及深度學習技術應用。
• 大眾化自我實現個性化生產階段：3D打印技術，用戶參與產品設計開發。

未來智能制造的創新模式

• 封閉式創新：企業依靠自身創意和內部市場，控制產品創新。
• 開放式創新：吸納外部技術人員或消費者創意，實現創新成果轉化。
• 嵌入式創新：利益相關者從回路外進入回路內，加速個性化產品創新。
• 全球式創新：未來企業采用全球式創新模式，確保全球消費者參與產品創新，實現個性化需求。

人本智造的系統構成

• 社會信息物理生產系統（SCPPS）：融合物聯網、務聯網、人際網、內容/知識網與先進制造技術，形成協同社會信息物理生產系統。
• 人本智造的實現：從產品、生產、模式、基礎設施等維度全盤考量，最終實現以人為中心的工業5.0。

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人本智造實例——包容性制造

包容性制造的理念與發展背景

• 社會分工與制造角色：人本智造不僅滿足生產者和消費者的需求，更要滿足制造全價值鏈上所有參與者的需求。
• 環境與可持續性：制造業在滿足人類生活需求的同時也是環境污染的重要來源之一。近年來，隨著環境問題的關注和利益相關者的壓力，可持續制造理念得到重視，旨在減少環境負面影響和資源消耗，同時具備社會責任感和經濟可行性。

智慧制造的實現路徑

• 社會信息物理系統（Social CPS, SCPS）：融合物聯網、務聯網、內容知識網和人際網，將人（社會）、計算機（信息空間）和物（環境）融合，實現智慧制造，自然而然地考慮了社會和環境問題。

生產側與消費側的角色轉變

• 生產側操作者的轉變：逐步將生產側操作者從“環內”轉移到“環上”和“環外”，解放重復繁重的體力、腦力勞動，利用機器人完成繁重、危險、重復的工作，創意和藝術性的工作由人與協作機器人協同完成。
• 消費者的參與：消費者不再僅滿足于產品及其附帶的服務，而是參與到產品設計、制造等全生命周期的各個環節。

企業創新模式的發展

• 創新模式：從封閉式創新到開放式創新，再到嵌入式創新，最終形成全球式創新模式，推動產消融合和社會經濟增長，滿足人類多層次、多樣化的產品需求。

長尾制造與智能化機器的關系

• 長尾制造：包括大規模個性化定制和大規模定制，適應個體需求和以人為中心的制造理念。
• 智能化機器：從工業1.0的被動“裸機”到工業4.0的自主智能機器，推動智能制造的發展。

包容性制造體系架構

• 社會經濟技術生產系統：融合長尾制造與可持續制造（再制造）理念，與SCPS、大數據和區塊鏈等新興ICT/AI技術深度融合，形成以人為本的包容性制造體系架構。
• 系統全局優化：通過對信息流、能量流、物料流的系統全局優化，達到可持續制造的目標。

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展望

智能制造技術的主要特點

• 高度自動化：通過智能設備和系統實現生產過程的自動化，減少人為干預。
• 數據驅動：利用大數據分析和人工智能技術，對生產數據進行實時分析和決策。
• 網絡化協同：通過互聯網和物聯網，實現生產資源的高效協同和共享。
• 定制化生產：滿足消費者個性化需求，實現大規模定制生產。

智能制造的關鍵技術

• 物聯網（IoT）：實現設備與設備之間的互聯互通，提高生產線的柔性和效率。
• 大數據分析：對生產數據進行深入分析，優化生產流程，提升產品質量。
• 人工智能（AI）：通過機器學習和智能算法，實現生產過程的智能化控制和優化。
• 云計算：提供強大的計算能力和數據存儲支持，確保生產數據的高效處理和管理。

智能制造應用案例

• 汽車制造：通過智能生產線，實現了生產過程的全自動化和高效化。
• 電子產品生產：利用大數據和人工智能技術，提高了生產效率和產品質量。
• 醫療設備制造：通過智能制造系統，實現了高精度、高可靠性的醫療設備生產。

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結論

 生產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展。本質上來說，人類生產技術發展歷史就是一個不斷走向以人為本的生產過程，或者說是一個通過機器不斷把人從重復繁重的體力和智力的生產勞動中解放出來的過程，也是一個不斷滿足人類對美好生活追求的過程，但是生產活動必須確保地球的可承受能力和社會公平前提下進行，只有包括生產者與消費者等利益相關者所有人都可以參與集成到產品的全生命周期管理、制造的全價值鏈中，人本制造才得以真正實現。從歷次主要生產方式變革來看，從工業 1.0“人+裸機”機器化大規模生產到工業 4.0 自主智能生產，就是一個不斷提高機器自主性而減少人工干預的生產自動化/智能化發展過程，也是從“人適應機器”到“智能化機器(系統)適應人”的發展過程，但只有到了以人為中心、可持續、彈性的工業5.0理念下的智能制造——人本智造理念才得以真正實現。包容性智慧長尾制造是一種關注當代人的生存、權利和福祉方面的一種人本智造模式，體現以人為核心的制造價值觀。

 工業元宇宙(元制造)、融合智能+混合制造、人機協作進化是人本智造未來發展方向，但要實現生產者與消費者等利益相關者雙向流動的全球式協同創新的人本智造還有很長的路要走。