院士領銜策劃——人本智造丨JME特邀專輯（上）

專欄導讀

人是制造生產活動中最具能動性和最具活力的因素，智能制造與機器人最終都需回歸到服務和滿足人們對美好生活的需求、促進人的全面發展上來。2017年，中國工程院基于人-信息-物理系統（HCPS）正式提出了“新一代智能制造”理念，并認為實施智能制造的實質就是設計、構建與應用各種不同用途、不同層次的HCPS。2021年，歐盟正式提出“工業5.0”的概念，并指出未來工業要更加關注具有以人為本、可持續、彈性化等特征的新應用、新業態和新模式。近年來，中國學者積極開展前瞻研究，闡明并構建了人本智造的理論與技術體系。人本智造領域科技人員在HCPS、工業5.0、人-機-環境共融、人機混合增強智能、協作機器人等方面開展了大量深入研究。2022年《機械工程學報》第18期，整期出版“人本智造”專輯，該專輯由楊華勇院士、王力翚院士擔任客座主編，楊賡研究員、王柏村研究員擔任客座編輯，出版后受到國內外廣泛關注與引用。

為繼續分享人本智造領域最新成果、廣泛開展學術交流，進一步探討人本智造的未來方向和前沿科學問題，推動人本智造理論與技術的快速應用與深入研究，《機械工程學報》編輯部與客座編輯團隊再次聯合策劃出版“人本智造”專輯。專欄共收錄論文29篇，本期推送前10篇。專欄已于《機械工程學報》2025年15期正式出版。

客座專家團隊

楊華勇，中國工程院院士，國際智能制造聯盟主席，中國機械工程學會副理事長，浙江大學工學部主任/高端裝備研究院院長。在電液控制基礎理論、基礎元件和系統，盾構和電梯裝備關鍵技術開發和工程應用方面開展了系列研究，形成了“理論-元件-系統-裝備-應用”完整的技術路線，對我國機電液裝備的自主研發作出了重要貢獻，取得了顯著的經濟效益。獲國家科技進步獎一等獎1項（排1）和二等獎1項（排1）。

王力翚，加拿大工程院院士，瑞典皇家理工學院講席教授兼卓越生產研究中心主任。研究方向包括人機協作、實時監測和控制、信息物理系統和自適應制造系統等。Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, International Journal of Manufacturing Research, Journal of Manufacturing Systems的主編。累計出版11本著作，發表700多篇論文。加拿大工程院院士，AET、CIRP、SME和ASME的會士；北美制造研究院（North American Manufacturing Research Institution）原院長(2020-2021)，瑞典生產學院（Swedish Production Academy）原院長(2018-2020)。2020年SME智能制造領域最具影響力的20位教授之一，在2024年美國制造工程師學會SME評選中成為唯一一位金獎獲得者。

王柏村，國家級青年人才，浙江大學百人計劃研究員，全省智能制造工業軟件重點實驗室副主任、《工程設計學報》副主編。長期致力于智能制造、人機協作與數字孿生等研究，提出基于人-信息-物理系統（HCPS）的人本智造理論與技術框架，在面向工業4.0/5.0的技術探索與應用方面取得系列進展。作為負責人主持國家重點研發計劃項目（首席）、國家自然科學基金面上/青年項目等，發表SCI/EI論文70余篇、出版中英文專著3部。獲機械工業科技進步特等獎（排3）、浙江省教學成果獎特等獎（排4）。

楊賡，浙江大學機械工程學院研究員，國家青年人才計劃入選者，流體動力基礎件與機電系統國家重點實驗室固定成員，博士生導師。長期致力于機器人多模態感知、柔性傳感、智能人機交互系統等研究工作。在 Nature Electronics、Advanced Intelligent System、Advanced Functional Materials等國際權威期刊發表論文80余篇，其中封面、扉頁論文16篇，高被引論文3篇。入選全球前2%頂尖科學家榜單，現擔任 IEEE RBME、IEEE JBHI、CJME、BDM等權威期刊編委(Associated Editor)。

劉庭煜，東南大學教授、博士生導師。長期從事工業人工智能及數字孿生研究，近年主持軍科委前沿科技重大項目課題、國防基礎科研重點項目課題等重大科技任務15項，經費超1500萬。研發的總裝智能車間數字孿生系統、制造過程危險狀態特征識別系統等在中國電科、航天科工應用并支撐重大型號裝備安全高效制造。項目創新成果發表于KBS、JMS等國際知名期刊。任數字孿生青年學者委員會主任、數字孿生國際顧問委員會顧問、CGS數字孿生專委會常務委員、CMES工業大數據分會和成組分會委員等。

陶永，北京航空航天大學機械學院研究員，博士生導師。機械工業服務機器人重點實驗室主任。北航科研院文智處副處長。主要研究智能機器人“感知與決策”控制、協作機器人力位控制、工業機器人工藝學習與優化、航空裝配機器人等。在期刊和國際會議上發表論文100余篇，其中SCI收錄40余篇，已授權國家發明專利28項。出版專著3本。作為項目負責人正在牽頭開展國家機器人重點研發計劃“工業機器人工藝應用程序集成開發平臺”項目、國家自然科學基金面上項目的攻關研究。獲得機械工業科學技術獎一等獎等7項省部級獎勵；現為全國機器人標準化技術委員會委員、中國機械工程學會機器人分會專家委委員等。

鄭湃，香港理工大學長聘副教授、博士生導師，黃鐵城【智能機器人】青年學者席，“香港理工大學-萊茵科斯特”智能制造聯合實驗室主任。主要研發興趣包括：人機協作制造系統、智能產品服務系統、工業人工智能。入選2024年國際制造工程師協會 (SME) “杰出青年制造工程師”獎，2023年香港理工大學“青年創新研究者”獎，2022年百度全球AI華人青年學者榜單(AI+X) 50強。累計出版英文專著2部，發表SCI一區100余篇，WoS他引4800余次，ESI高被引論文11篇。IEEE/CMES高級會員、SME/ASME會員、CIRP青年會員，任Journal of Intelligent Manufacturing和Journal of Cleaner Production副主編，Journal of Manufacturing Systems和Advanced Engineering Informatics編委。

冷杰武，廣東工業大學教授/博導、廣東省計算機集成制造重點實驗室副主任。入選Elsevier中國高被引學者，獲得廣東省杰出青年基金，擔任IEEE TSMC-Systems、JIM、JEM、IET CIM、SREP等SCI期刊副編。研究產線變型設計與運行優化，主持國家重點研發課題、國防科工課題等項目，發表ESI高被引論文10余篇，獲廣東省與河南省技術發明一等獎各1項(序3)。

臧冀原，中國工程院戰略咨詢中心制造業研究室副主任，副研究員，國家智能制造專家委員會副秘書長，研究方向為制造強國、智能制造和產業集群。作為團隊主要研究人員參與了我國智能制造理論體系構建、智能制造國家戰略和政策建議提出，開展區域和企業實證研究。參與中央交辦、工程院院重大、重點及其他咨詢項目（課題）30余項，報告獲得國家領導人、省部級批示多次，為我國以智能制造為主攻方向，推進新型工業化，提供決策參考。發表論文20余篇。

01

面向人本智造的人機協作：發展演變、融合應用與未來展望

引用格式:張潔, 丁鵬飛, 王柏村, 張朋, 呂佑龍, 汪俊亮. 面向人本智造的人機協作：發展演變、融合應用與未來展望[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 4-20.

論文摘要：

歐盟工業5.0賦予了智能制造新的時代內涵——以人為本，促進了人本智造(以人為本的智能制造)的快速發展。作為人本智造的核心范式之一，人機協作已成為近年來工業制造領域的研究熱點。因此，對人機協作的過去和未來進行全面分析：梳理人機關系發展與演變，探討人機協作模式的迭代與融合，歸納人機協作在多個領域的典型應用，展望人機協作未來發展愿景與技術突破方向。從工業化發展歷程與人機共情程度的耦合關聯中，闡述人機關系的發展與演變過程。基于人機關系及其協作特點，對制造系統人機協作模式的迭代與融合進行分析與總結。歸納人機交互、人機協同和人機共生三種人機協作典型模式在產品裝配、機器人控制、自主駕駛等領域的應用，討論不同人機協作模式在實際應用中存在的不足與挑戰。展望人機協作未來愿景與發展方向，探討未來人機協作時代需要突破的新技術、新理論，以期促進制造系統人機協作邁向人本智造新的層級。

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02

面向人本智造的人體運動數字孿生研究與應用進展

引用格式:王柏村, 宋詞, 苑藝修, 周慧穎, 鮑勁松, 黃思翰, 劉蔚然, 劉庭煜, 阮兵, 陶飛, 謝海波, 楊華勇. 面向人本智造的人體運動數字孿生研究與應用進展[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 21-39.

論文摘要：

在工業4.0邁向工業5.0的過程中，以人為本的智能制造(人本智造)是智能制造的創新發展范式，旨在以人的福祉為核心價值，重塑人在生產制造過程中的主體地位，推進未來工業邁向以人為本、可持續性、韌性。對人體運動行為進行分析，是理解人的運動意圖，推動人本智造創新發展的關鍵。以面向人本智造的人體運動數字孿生研究為切入點，梳理人體運動建模、人體運動感知、人體運動分析等使能技術及其研究進展。重點圍繞單元級、產線級、車間級三個維度，討論人體運動數字孿生在人本智造領域的典型應用。最后，對面向人本智造的人體運動數字孿生進行展望。

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03

工業5.0環境下面向生產調度的人本融合技術

引用格式:喬非, 劉鵑, 王冬源, 丁晨, 施嘉璇, 王俊凱, 馬玉敏. 工業5.0環境下面向生產調度的人本融合技術[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 40-56.

論文摘要：

工業5.0引領制造業向以人為本的智能制造(人本智造)變革，制造系統中不同崗位和角色的人展現出更多樣化和更全面的操作、智能和社會屬性。針對生產調度這一典型場景，在人-信息-物理生產系統(Human-cyber-physical production system, HCPPS)的語義下，定義感知層-認知層-決策層貫通的智造回路環，從環內操作人融合的適應性創新、環上決策人融合的智能化創新和環外社會人融合的可持續創新這三個角度，構建多層次人本融合框架；并分別提出面向操作人融合的適應性調度技術、面向決策人融合的人-機混合智能技術和面向社會人融合的可持續協同優化技術；最后，以飛機脈動總裝線典型調度場景為案例，驗證了所提技術的有效性，為實現工業5.0的人本智造提供理論和技術實踐參考。

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04

人本智造：人體行為識別關鍵技術分析與展望

引用格式: 劉庭煜, 翁陳熠, 王柏村, 鄭湃, 趙強強, 王昊琪, 董元發, 莊存波, 冷杰武, 向峰, 陳成軍, 周小舟, 李興宇, 焦磊, 王曉宇, 倪中華. 人本智造：人體行為識別關鍵技術分析與展望[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 57-81.

論文摘要：

隨著新一代信息技術與制造技術的持續深度融合，以人為中心的智能制造范式正在重塑傳統工業生產模式，人體行為識別技術作為實現人本智造的關鍵使能技術，主要研究人體行為語義的智能識別與理解，展現出廣闊應用前景。對工業場景中人體行為識別技術的發展現狀、關鍵挑戰與應用前景進行系統探討，有助于推動人本智造的理論發展與創新實踐。首先，以人體行為識別技術的發展脈絡為基礎，深入分析人體感知、行為建模和行為識別等核心技術的演進過程，為人體行為識別技術的工業化應用奠定技術基礎；其次，針對工業場景的特殊需求，重點討論多模態魯棒感知系統、多尺度行為理解框架、融合意圖理解的人機協同及工業場景的優化部署等關鍵技術的研究現狀；在此基礎上，對工業場景人體行為數據集進行系統化分析和質量評估，并重點闡述人體行為識別技術在生產安全管控、生產調度優化、工藝改進和行為改善等典型應用場景的實踐進展；最后，結合空間智能、生理認知融合、多模態大語言模型等新興技術，展望工業人體行為識別技術的未來發展方向。

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05

以人為本下多設計主體共融的產品設計模型與實施框架

引用格式:李駿, 郭喜鋒, 趙武, 張凱, 于淼, 郭鑫. 以人為本下多設計主體共融的產品設計模型與實施框架[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 82-104.

論文摘要：

工業5.0強調人的核心地位，以人為本的理念在產品的設計、制造、運維、服務等各階段都越來越受到關注。概念設計是產品生命周期的最早期階段，其核心是由設計主體的創造性活動生成能滿足人的個性化需求的概念方案，極大程度上決定了后續環節的創新水平和實施質量。以人為本的理念給產品設計提出了新的要求，傳統以設計者為主體的概念設計模式需要向設計者、用戶、機器共融的多設計主體模式轉變。因此，將設計者的推理決策能力與用戶的深度參與、機器的計算生成能力緊密融合，提出一種以人為本視角下，用戶-設計者-機器多設計主體共融的產品概念設計模型與框架，旨在更好地為工業5.0下的人本智造服務。首先從影響因素、表現形式、主要特征三方面闡述以人為本的概念設計的獨特內涵；然后融合概念設計中人的交互機制、人機協同機制以及設計過程運行機制，提出以人為本下多設計主體共融的概念設計“H(Human)-M(Machine)-D(Design)”模型，從用戶和設計者、智能機器、設計過程的維度分析了其基本邏輯和運行原理；最后，建立以人為本的概念設計的總體實施框架，闡述了設計思維認知理解、設計主體協同交互、個性化知識服務、概念設計推理決策四類關鍵技術，為實現多設計主體共融的產品概念設計中的人-人協同、人-物協同、人-機協同提供支持。以某電梯的以人為本概念設計過程為案例對所提出模型和框架進行了應用驗證。

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06

非侵入式腦機接口在機器人控制領域的研究綜述

引用格式:高晗, 蒲琪然, 趙永生, 張茂林, 吳紫澗, 程寶平, 王柏村. 非侵入式腦機接口在機器人控制領域的研究綜述[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 105-120.

論文摘要：

非侵入式腦機接口(Brain-computer interface, BCI)技術作為一種新興的人機交互方式，在機器人控制領域展現了廣闊的應用前景。首先概述其發展背景與重要性，并深入探討腦電信號的生理基礎，闡明腦電圖(Electroencephalography, EEG)以其無創性和便捷性成為BCI系統的常用測量手段。隨后，分析了典型BCI范式的優劣特點和適用場景——包括主動式如運動想象、反應式如穩態視覺誘發電位(Steady-state visual evoked potential, SSVEP)、事件相關電位P300，以及結合多種范式優勢的混合范式，展示了這些范式如何實現復雜且高效的機器人控制任務。此外，系統地介紹了EEG信號采集、預處理及模式識別的關鍵步驟，強調了深度學習在提高解碼精度方面的作用，同時也指出了其面臨的挑戰，如數據量需求大和模型解釋性差。最后，總結了BCI技術的發展趨勢和研究挑戰，提出了推動非侵入式BCI技術在實際機器人控制應用中進一步發展的方向。綜上所述，不僅對非侵入式BCI技術在機器人控制領域應用進行了探討，還強調了該技術在未來可能帶來的變革性影響，為后續研究提供參考和啟發。

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07

構建具身智能新范式：人形機器人技術現狀及發展趨勢綜述

引用格式: 陶永, 萬嘉昊, 王田苗, 熊友軍, 王柏村, 張文博, 鄧昌義, 陶雨, 楊賡, 魏洪興. 構建具身智能新范式：人形機器人技術現狀及發展趨勢綜述[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 121-147.

論文摘要：

當前人形機器人技術正在加速演進，已成為全球科技創新與產業升級的新高地。在“人本智造”理念下，人形機器人作為具身智能的重要代表，具有廣闊的發展前景。針對人形機器人技術多學科交叉、體系復雜與高度集成的特點，結合該領域的最新研究成果與發展動態，綜述人形機器人的技術現狀及發展趨勢。首先，介紹人形機器人的定義與發展歷程，從技術水平、產業格局、政策支持等方面描述國內外現狀，對比總結典型技術發展特征與產品特色。重點剖析了核心零部件、環境感知與場景理解、步態控制與靈巧操作、具身智能與大模型、人機共融與交互、操作系統與工具鏈等關鍵核心技術，討論其實現途徑與當前研究進展。進而，介紹人形機器人在特殊服役環境、智能制造、家庭及社會服務等領域的典型應用，并探討其在新興應用領域的拓展潛力。進一步，圍繞技術瓶頸和應用難題，分析當前人形機器人發展面臨的主要挑戰。最后，針對以人形機器人為代表的具身智能在多模態垂直大模型、高算力仿真訓練平臺以及安全與倫理等方面的發展趨勢進行了展望。希望在總結把握人形機器人前沿技術發展動態的同時，為相關研究人士提供參考與啟發，助力推動我國人形機器人技術進步與產業化發展。

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08

面向高反光窄焊縫場景的人工引導協作機器人焊接軌跡修正方法

引用格式:李駿, 郭喜鋒, 趙武, 張凱, 于淼, 郭鑫. 以人為本下多設計主體共融的產品設計模型與實施框架[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 82-104.

論文摘要：

激光焊接已廣泛應用于各個行業，而傳統的人工示教或離線編程在面對工件形位差異時缺乏有效改進措施，人工修正過程既耗時又費力。面對高反光窄焊縫等復雜焊接場景時，噪聲大且穩定性差，難以準確修正機器人的焊接軌跡從而影響焊接質量。因此，提出一種基于非剛性配準的面向高反光窄焊縫的協作機器人焊接軌跡修正方法。首先，提出了基于動態ROI預測的尋位方法，在人工引導的協作方式下通過線激光傳感器獲取實際工件的部分焊縫位置點；接著，提出一種優化后的WTo-CPD非剛性配準算法，密集的離線編程軌跡點集以稀疏的實際焊縫點為目標修正為新的密集軌跡點集。最后，試驗驗證了該方法在協作機器人焊接軌跡修正方面的有效性，在焊件存在0.3 mm內的隨機誤差下，該修正算法相比于Nonrigid-CPD算法、Bayesian-CPD算法收斂速度分別平均提高了27.16%與40.50%，并保證了平均誤差控制在0.02 mm，最大誤差小于0.21 mm，有效保證了焊接質量。

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09

面向人機協作重載搬運的液壓雙臂協調運動控制

引用格式: 沈昌杰, 程敏, 孫博林, 徐兵. 面向人機協作重載搬運的液壓雙臂協調運動控制[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 162-173.

論文摘要：

針對多自由度液壓雙臂與人協作完成重載搬運任務中因閉鏈耦合和液壓系統的非線性特性等產生的內力調控不準確、人機交互不協調，提出一種面向人機協作重載搬運的液壓雙臂人機協調控制方法。首先，在分析人機協作下閉鏈系統的運動狀態與物體內力映射關系的基礎上，基于模塊化動力學模型對液壓機械臂中耦合剛體和液壓系統進一步解耦，實現雙臂閉鏈強耦合系統的精細化建模。然后，結合導納控制的動態柔順性和基于雙臂接觸力最小化的內力優化方法設計人機協調控制方法，以保留操作意圖的前提下，避免物體因接觸力作用過大而遭到破壞。最后，基于模塊化動力學模型設計底層運動控制器作為雙臂人機協調控制的基礎。結果表明，人機協調控制下的液壓雙臂可根據操作意圖實時調整物體軌跡，還實現了閉鏈系統內力在不同方向上的主動調節，其中在x軸和z軸上的內力誤差分別降低44.28%～82.46%和44.81%～53.69%。

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10

工業機器人主動安全作業方法與應用

引用格式:呂鴻昊, 諸正杰, 程宇航, 何平, 汪若菡, 陳富國, 楊華勇, 楊賡, 董娜. 工業機器人主動安全作業方法與應用[J]. 機械工程學報, 2025, 61(15): 174-184.

論文摘要：

當前工業生產制造場景下，機器人感知單一、缺乏智能交互策略，導致安全事故頻發，輕則致傷重則致死。面向未來工廠智能制造場景下的多源感知及安全交互需求，提出一種工業機器人“在體感知”與“離體感知”相結合的主動安全作業系統。通過大范圍視覺監控、近距離迫近感知以及碰撞檢測構建多源感知系統，對機器人作業環境中的操作者與機器人之間的接近信號及接觸信號處理分析，設計人機共享控制策略，實現機器人的主動安全作業規劃；進一步劃分傳感器檢測范圍，設計卡爾曼濾波多源融合方法構建機器人多級感知信號處理以及分級安全交互策略，并設計對應的模擬碰撞實驗驗證多源融合數據的有效性。所研發的工業機器人主動安全作業系統現已在東方電氣集團沖擊式轉輪水斗機器人電弧增材平臺，以及大型分盤式水輪機座環機器人焊接平臺試裝試用。應用結果表明，所提出的多源融合主動安全作業方法，充分結合各傳感器在不同的感知區域的優勢，為全空間、全場景下的人機交互提供感知能力和安全響應，顯著提升了工業機器人系統的安全作業能力。

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責任編輯：杜蔚杰

責任校對：張 強

審 核：張 彤

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