院士領(lǐng)銜策劃——人本智造丨JME特邀專輯（下）

專欄導(dǎo)讀

人是制造生產(chǎn)活動(dòng)中最具能動(dòng)性和最具活力的因素，智能制造與機(jī)器人最終都需回歸到服務(wù)和滿足人們對(duì)美好生活的需求、促進(jìn)人的全面發(fā)展上來。2017年，中國(guó)工程院基于人-信息-物理系統(tǒng)（HCPS）正式提出了“新一代智能制造”理念，并認(rèn)為實(shí)施智能制造的實(shí)質(zhì)就是設(shè)計(jì)、構(gòu)建與應(yīng)用各種不同用途、不同層次的HCPS。2021年，歐盟正式提出“工業(yè)5.0”的概念，并指出未來工業(yè)要更加關(guān)注具有以人為本、可持續(xù)、彈性化等特征的新應(yīng)用、新業(yè)態(tài)和新模式。近年來，中國(guó)學(xué)者積極開展前瞻研究，闡明并構(gòu)建了人本智造的理論與技術(shù)體系。人本智造領(lǐng)域科技人員在HCPS、工業(yè)5.0、人-機(jī)-環(huán)境共融、人機(jī)混合增強(qiáng)智能、協(xié)作機(jī)器人等方面開展了大量深入研究。2022年《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》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(dān)任客座主編，楊賡研究員、王柏村研究員擔(dān)任客座編輯，出版后受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注與引用。

為繼續(xù)分享人本智造領(lǐng)域最新成果、廣泛開展學(xué)術(shù)交流，進(jìn)一步探討人本智造的未來方向和前沿科學(xué)問題，推動(dòng)人本智造理論與技術(shù)的快速應(yīng)用與深入研究，《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》編輯部與客座編輯團(tuán)隊(duì)再次聯(lián)合策劃出版“人本智造”專輯。專欄共收錄論文29篇，本期推送后9篇。專欄已于《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2025年15期正式出版。

客座專家團(tuán)隊(duì)

楊華勇，中國(guó)工程院院士，國(guó)際智能制造聯(lián)盟主席，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，浙江大學(xué)工學(xué)部主任/高端裝備研究院院長(zhǎng)。在電液控制基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)元件和系統(tǒng)，盾構(gòu)和電梯裝備關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用方面開展了系列研究，形成了“理論-元件-系統(tǒng)-裝備-應(yīng)用”完整的技術(shù)路線，對(duì)我國(guó)機(jī)電液裝備的自主研發(fā)作出了重要貢獻(xiàn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排1）和二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排1）。

王力翚，加拿大工程院院士，瑞典皇家理工學(xué)院講席教授兼卓越生產(chǎn)研究中心主任。研究方向包括人機(jī)協(xié)作、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制、信息物理系統(tǒng)和自適應(yīng)制造系統(tǒng)等。Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, International Journal of Manufacturing Research, Journal of Manufacturing Systems的主編。累計(jì)出版11本著作，發(fā)表700多篇論文。加拿大工程院院士，AET、CIRP、SME和ASME的會(huì)士；北美制造研究院（North American Manufacturing Research Institution）原院長(zhǎng)(2020-2021)，瑞典生產(chǎn)學(xué)院（Swedish Production Academy）原院長(zhǎng)(2018-2020)。2020年SME智能制造領(lǐng)域最具影響力的20位教授之一，在2024年美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)SME評(píng)選中成為唯一一位金獎(jiǎng)獲得者。

王柏村，國(guó)家級(jí)青年人才，浙江大學(xué)百人計(jì)劃研究員，全省智能制造工業(yè)軟件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、《工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)》副主編。長(zhǎng)期致力于智能制造、人機(jī)協(xié)作與數(shù)字孿生等研究，提出基于人-信息-物理系統(tǒng)（HCPS）的人本智造理論與技術(shù)框架，在面向工業(yè)4.0/5.0的技術(shù)探索與應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展。作為負(fù)責(zé)人主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（首席）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上/青年項(xiàng)目等，發(fā)表SCI/EI論文70余篇、出版中英文專著3部。獲機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)（排3）、浙江省教學(xué)成果獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)（排4）。

楊賡，浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研究員，國(guó)家青年人才計(jì)劃入選者，流體動(dòng)力基礎(chǔ)件與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室固定成員，博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期致力于機(jī)器人多模態(tài)感知、柔性傳感、智能人機(jī)交互系統(tǒng)等研究工作。在 Nature Electronics、Advanced Intelligent System、Advanced Functional Materials等國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表論文80余篇，其中封面、扉頁(yè)論文16篇，高被引論文3篇。入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單，現(xiàn)擔(dān)任 IEEE RBME、IEEE JBHI、CJME、BDM等權(quán)威期刊編委(Associated Editor)。

劉庭煜，東南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事工業(yè)人工智能及數(shù)字孿生研究，近年主持軍科委前沿科技重大項(xiàng)目課題、國(guó)防基礎(chǔ)科研重點(diǎn)項(xiàng)目課題等重大科技任務(wù)15項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)超1500萬。研發(fā)的總裝智能車間數(shù)字孿生系統(tǒng)、制造過程危險(xiǎn)狀態(tài)特征識(shí)別系統(tǒng)等在中國(guó)電科、航天科工應(yīng)用并支撐重大型號(hào)裝備安全高效制造。項(xiàng)目創(chuàng)新成果發(fā)表于KBS、JMS等國(guó)際知名期刊。任數(shù)字孿生青年學(xué)者委員會(huì)主任、數(shù)字孿生國(guó)際顧問委員會(huì)顧問、CGS數(shù)字孿生專委會(huì)常務(wù)委員、CMES工業(yè)大數(shù)據(jù)分會(huì)和成組分會(huì)委員等。

陶永，北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究員，博士生導(dǎo)師。機(jī)械工業(yè)服務(wù)機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。北航科研院文智處副處長(zhǎng)。主要研究智能機(jī)器人“感知與決策”控制、協(xié)作機(jī)器人力位控制、工業(yè)機(jī)器人工藝學(xué)習(xí)與優(yōu)化、航空裝配機(jī)器人等。在期刊和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文100余篇，其中SCI收錄40余篇，已授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利28項(xiàng)。出版專著3本。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人正在牽頭開展國(guó)家機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“工業(yè)機(jī)器人工藝應(yīng)用程序集成開發(fā)平臺(tái)”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的攻關(guān)研究。獲得機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等7項(xiàng)省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)；現(xiàn)為全國(guó)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)器人分會(huì)專家委委員等。

鄭湃，香港理工大學(xué)長(zhǎng)聘副教授、博士生導(dǎo)師，黃鐵城【智能機(jī)器人】青年學(xué)者席，“香港理工大學(xué)-萊茵科斯特”智能制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任。主要研發(fā)興趣包括：人機(jī)協(xié)作制造系統(tǒng)、智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)、工業(yè)人工智能。入選2024年國(guó)際制造工程師協(xié)會(huì) (SME) “杰出青年制造工程師”獎(jiǎng)，2023年香港理工大學(xué)“青年創(chuàng)新研究者”獎(jiǎng)，2022年百度全球AI華人青年學(xué)者榜單(AI+X) 50強(qiáng)。累計(jì)出版英文專著2部，發(fā)表SCI一區(qū)100余篇，WoS他引4800余次，ESI高被引論文11篇。IEEE/CMES高級(jí)會(huì)員、SME/ASME會(huì)員、CIRP青年會(huì)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(yè)大學(xué)教授/博導(dǎo)、廣東省計(jì)算機(jī)集成制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。入選Elsevier中國(guó)高被引學(xué)者，獲得廣東省杰出青年基金，擔(dān)任IEEE TSMC-Systems、JIM、JEM、IET CIM、SREP等SCI期刊副編。研究產(chǎn)線變型設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化，主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)課題、國(guó)防科工課題等項(xiàng)目，發(fā)表ESI高被引論文10余篇，獲廣東省與河南省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)(序3)。

臧冀原，中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢中心制造業(yè)研究室副主任，副研究員，國(guó)家智能制造專家委員會(huì)副秘書長(zhǎng)，研究方向?yàn)橹圃鞆?qiáng)國(guó)、智能制造和產(chǎn)業(yè)集群。作為團(tuán)隊(duì)主要研究人員參與了我國(guó)智能制造理論體系構(gòu)建、智能制造國(guó)家戰(zhàn)略和政策建議提出，開展區(qū)域和企業(yè)實(shí)證研究。參與中央交辦、工程院院重大、重點(diǎn)及其他咨詢項(xiàng)目（課題）30余項(xiàng)，報(bào)告獲得國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人、省部級(jí)批示多次，為我國(guó)以智能制造為主攻方向，推進(jìn)新型工業(yè)化，提供決策參考。發(fā)表論文20余篇。

01

高速列車乘員二次碰撞損傷試驗(yàn)研究

引用格式:鄧功勛, 許拓, 胡正晟, 彭勇. 高速列車乘員二次碰撞損傷試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 314-323.

論文摘要：

列車碰撞是我國(guó)傷亡最嚴(yán)重的重大列車安全事故之一，研建專業(yè)的列車乘員二次碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)并開展列車乘員碰撞試驗(yàn)對(duì)科學(xué)再現(xiàn)乘員沖擊動(dòng)力學(xué)損傷響應(yīng)、評(píng)估列車被動(dòng)安全性具有重要意義。依托已有的軌道車輛實(shí)車碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)，成功研建了列車乘員二次碰撞試驗(yàn)平臺(tái)。基于50百分位Hybrid Ⅲ假人，開展了高速列車乘員二次碰撞試驗(yàn)，分析座椅靠背角度和可折疊小桌板對(duì)列車乘員碰撞損傷響應(yīng)的影響。結(jié)果顯示，在列車耐撞性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碰撞速度下，乘員頭部加速度峰值最大為30g，但頭部損傷準(zhǔn)則(Head injury criteria,HIC)最大值只有17.38，頭部損傷并不嚴(yán)重。打開小桌板時(shí)，乘員胸部損傷雖并不明顯，但頸部撞擊小桌板出現(xiàn)的“鎖喉”現(xiàn)象可能會(huì)威脅乘員生命安全。試驗(yàn)數(shù)據(jù)可為我國(guó)高速列車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和列車內(nèi)飾碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)的制定提供重要數(shù)據(jù)參考。

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02

一種主觀人因失效防范的核電建造協(xié)同質(zhì)量智能見證方法

引用格式:周汶蓉, 熊世權(quán), 楊秦秦, 葉馳川, 徐夢(mèng)宇, 易茜, 馮毅雄, 易樹平. 一種主觀人因失效防范的核電建造協(xié)同質(zhì)量智能見證方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 324-338.

論文摘要：

人因失效為造成核電事故的主要因素，在建造中因參與人員的主觀行為意愿與質(zhì)量管控規(guī)制發(fā)生沖突時(shí)會(huì)引發(fā)主觀人因失效，為此基于主觀人因失效控制結(jié)構(gòu)提出一種智能質(zhì)量見證方法來防范失效。在分析核電裝備協(xié)同質(zhì)量見證模式與主觀人因失效問題基礎(chǔ)上，基于系統(tǒng)理論事故模型和過程方法構(gòu)建協(xié)同質(zhì)量見證的主觀人因失效防范安全控制結(jié)構(gòu)，識(shí)別安全約束缺失導(dǎo)致的主觀人因失效風(fēng)險(xiǎn)因素，并利用決策與試驗(yàn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室法計(jì)算關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素影響作用，揭示主觀人因失效事件防范的技術(shù)與管理屏障。通過物聯(lián)信息感知與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，設(shè)計(jì)主觀人因失效防范的協(xié)同質(zhì)量智能見證方法，給出其體系架構(gòu)，展示了所開發(fā)的智能見證平臺(tái)在中廣核三澳核電項(xiàng)目土建工程中良好的應(yīng)用效果。提出的協(xié)同質(zhì)量智能見證方法可為以核電裝備為代表的復(fù)雜產(chǎn)品主觀人因失效防范提供參考和借鑒。

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03

基于人體肌肉激活疲勞模型的人機(jī)協(xié)作裝配序列重規(guī)劃研究

引用格式:姚碧濤, 向宇光, 徐文君, 葉勛, 周祖德, 王力翚. 基于人體肌肉激活疲勞模型的人機(jī)協(xié)作裝配序列重規(guī)劃研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 339-350.

論文摘要：

在人機(jī)協(xié)作裝配過程中，長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)性工作會(huì)導(dǎo)致人體出現(xiàn)肌肉疲勞，從而引起裝配序列完成時(shí)間的波動(dòng)，降低整體裝配效率。因此，提升機(jī)器人對(duì)人當(dāng)前疲勞狀態(tài)的感知能力，實(shí)時(shí)評(píng)估裝配任務(wù)中人的肌肉疲勞度，并對(duì)裝配序列進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于提高裝配效率和減輕人的工作負(fù)擔(dān)具有重要意義。為此，基于人體肌肉激活疲勞模型，研究人機(jī)協(xié)作裝配序列的重規(guī)劃方法：首先，采集人在裝配過程中的動(dòng)作圖像，并利用Open Pose提取動(dòng)作數(shù)據(jù)，據(jù)此構(gòu)建人的個(gè)性化骨骼肌模型；然后，使用OpenSim軟件計(jì)算裝配動(dòng)作中的肌肉力變化，結(jié)合人體肌肉激活疲勞模型計(jì)算最受累肌肉執(zhí)行裝配動(dòng)作時(shí)的疲勞指數(shù)，并利用實(shí)時(shí)獲取的關(guān)節(jié)角變化數(shù)據(jù)，訓(xùn)練LSTM深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以快速通過實(shí)時(shí)關(guān)節(jié)角變化判斷人的動(dòng)作類別，從而可基于判斷的動(dòng)作類別實(shí)時(shí)得到人的動(dòng)作疲勞指數(shù)；接下來，利用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)總裝配時(shí)間和總?cè)梭w疲勞兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)人體實(shí)時(shí)關(guān)節(jié)角得到人的動(dòng)作類別以及對(duì)應(yīng)動(dòng)作的疲勞指數(shù)，當(dāng)人體受累肌肉的疲勞積累時(shí)，基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的人的疲勞與動(dòng)作耗時(shí)重新規(guī)劃下一輪的裝配序列，從而提高整體裝配效率并減少人體疲勞。以人機(jī)協(xié)作裝配齒輪減速箱為試驗(yàn)場(chǎng)景，開展了實(shí)時(shí)疲勞檢測(cè)與裝配序列重規(guī)劃的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的方法能夠識(shí)別人的肌肉疲勞，并有效重規(guī)劃出能夠減輕疲勞的裝配序列，提升了人機(jī)協(xié)作裝配效率并減輕了人體裝配過程中的肌肉疲勞。

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04

復(fù)雜制造系統(tǒng)人機(jī)交互調(diào)度與案例研究

引用格式: 劉建軍, 邱俊豪, 張忠明. 復(fù)雜制造系統(tǒng)人機(jī)交互調(diào)度與案例研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 351-371.

論文摘要：

制造系統(tǒng)正經(jīng)歷以客戶為中心的柔性制造模式的深刻轉(zhuǎn)變，逐步向多階段集成化和分布式網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)展，存在復(fù)雜多維目標(biāo)集成決策的現(xiàn)實(shí)化需求。傳統(tǒng)的基于算法或機(jī)器智能的一體化調(diào)度方法在處理非線性約束及難以量化的復(fù)雜業(yè)務(wù)底線訴求時(shí)存在局限，且決策者難以預(yù)知和干預(yù)容易產(chǎn)生沉沒成本。因此，提出復(fù)雜制造系統(tǒng)中的人機(jī)交互調(diào)度技術(shù)，旨在通過人機(jī)交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)決策者對(duì)優(yōu)化方向的靈活調(diào)控，結(jié)合業(yè)務(wù)訴求與決策偏好對(duì)搜索解空間進(jìn)行預(yù)優(yōu)化并分割以提升求解效率，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同下的調(diào)度優(yōu)化。針對(duì)具有集約生產(chǎn)與多樣交付決策訴求的家電制造系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了兩級(jí)交互式調(diào)度方法，通過約束邊界調(diào)整的方式平衡業(yè)務(wù)矛盾與體現(xiàn)決策者的偏好訴求，并構(gòu)建了約束規(guī)劃模型及不同目標(biāo)導(dǎo)向的鄰域結(jié)構(gòu)。最后，利用某家電企業(yè)的歷史案例數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示調(diào)度方案置信度高且獲用戶認(rèn)可，證明了方法的有效性。

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05

具有多類別客戶約束的多場(chǎng)地復(fù)雜裝備MRO服務(wù)工人調(diào)度優(yōu)化

引用格式:張麗科, 梁沖, 吳軍偉, 李浩, 賀飛, 李鵬宇, 王昊琪, 文笑雨. 具有多類別客戶約束的多場(chǎng)地復(fù)雜裝備MRO服務(wù)工人調(diào)度優(yōu)化[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 372-384.

論文摘要：

服務(wù)工人作為企業(yè)執(zhí)行MRO(Maintenance,repair and overhaul)服務(wù)的核心資源，其調(diào)度方案的優(yōu)劣直接決定了MRO服務(wù)的運(yùn)營(yíng)效率和成本高低。當(dāng)前，隨著MRO客戶需求的個(gè)性化與差異化，以及需求場(chǎng)點(diǎn)的高度分散性，以往的調(diào)度理論表現(xiàn)出明顯的局限性，亟需開展針對(duì)性的調(diào)度決策理論研究。為此，提出一個(gè)涉及多類別客戶約束的多場(chǎng)點(diǎn)復(fù)雜裝備MRO服務(wù)工人調(diào)度問題。在該問題中，根據(jù)客戶的質(zhì)保屬性和認(rèn)可度，將客戶劃分為三類：質(zhì)保期內(nèi)的保內(nèi)客戶、質(zhì)保期外且具有一定認(rèn)可度的一般客戶，以及無容忍度的臨時(shí)客戶。并以最大化服務(wù)總收益和最小化最大完工時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建了其數(shù)學(xué)模型。其次，基于NSGA-Ⅱ提出一個(gè)改進(jìn)算法——MNSGA來求解問題。為了優(yōu)化算法性能，設(shè)計(jì)了基于問題特性的初始化規(guī)則和局部搜索算子。最后，基于測(cè)試集和實(shí)際數(shù)據(jù)構(gòu)建多組不同規(guī)模的算例，并設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)。數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果顯示，所提算子能有效提高M(jìn)NSGA性能。與其他知名算法對(duì)比，驗(yàn)證了MNSGA的有效性和競(jìng)爭(zhēng)力。

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06

面向工業(yè)元宇宙的人本智造系統(tǒng)數(shù)字孿生建模與分布式虛擬協(xié)作方法

引用格式:黃思翰, 彭志誠(chéng), 朱啟章, 王柏村, 張明睿, 馬妮, 冷杰武, 鄭湃, 敬石開, 王國(guó)新, 閻艷. 面向工業(yè)元宇宙的人本智造系統(tǒng)數(shù)字孿生建模與分布式虛擬協(xié)作方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 385-398.

論文摘要：

工業(yè)元宇宙是元宇宙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的垂直應(yīng)用，重塑了工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)制造模式與工業(yè)生態(tài)。隨著工業(yè)5.0的興起，以人為本的智能制造(人本智造)理念逐漸引起關(guān)注。圍繞人本智造系統(tǒng)的工業(yè)元宇宙開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了兩大新興理念的深度融合，并展現(xiàn)出巨大的研究?jī)r(jià)值與潛力。提出面向工業(yè)元宇宙的人本智造系統(tǒng)數(shù)字孿生建模與分布式虛擬協(xié)作方法，旨在解決工業(yè)元宇宙的人的數(shù)字孿生模型快速定制以及多人在虛擬制造場(chǎng)景高效協(xié)作的難題。建立基于元模型的人的數(shù)字孿生快速定制方法，借助機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)人與數(shù)字孿生模型的虛實(shí)映射與動(dòng)態(tài)交互，融合制造系統(tǒng)生產(chǎn)要素模型奠定工業(yè)元宇宙的模型基礎(chǔ)。提出面向元宇宙空間的多人協(xié)作方法，建立服務(wù)器-客戶端分布式接入框架，實(shí)現(xiàn)多人的數(shù)字孿生集成與交互，為多人異地、實(shí)時(shí)在線的虛擬制造場(chǎng)景高效協(xié)作提供支撐。通過人本智造系統(tǒng)的雙人協(xié)同上下料場(chǎng)景驗(yàn)證該方法的有效性。

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07

基于人在回路的大型星載平面天線形面精度調(diào)控

引用格式: 趙強(qiáng)強(qiáng), 劉世偉, 姜冬磊, 余德文, 李明, 陳飛飛, 郭俊康, 王柏村, 張進(jìn)華, 洪軍. 基于人在回路的大型星載平面天線形面精度調(diào)控[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 399-416.

論文摘要：

對(duì)于大型星載平面天線而言，其形面精度決定著電性能，如何快速精準(zhǔn)調(diào)控形面精度是其生產(chǎn)制造中的關(guān)鍵難題。為此，提出一種全新的基于人在回路的大型星載平面天線形面精度優(yōu)化調(diào)控方法，將專家的現(xiàn)場(chǎng)反饋?zhàn)饔门c前期工程經(jīng)驗(yàn)融入到天線形面精度優(yōu)化調(diào)控當(dāng)中，在提升調(diào)控效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)形面精度最優(yōu)。首先，構(gòu)建了基于專家信念增強(qiáng)的人類知識(shí)數(shù)學(xué)表征模型與偏好學(xué)習(xí)模型。在傳統(tǒng)貝葉斯優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將專家知識(shí)有機(jī)地銜接到貝葉斯優(yōu)化過程當(dāng)中，從而構(gòu)建了人在回路的貝葉斯優(yōu)化模型，讓專家的現(xiàn)場(chǎng)反饋?zhàn)饔脽o縫融入優(yōu)化過程。然后，基于人在回路的貝葉斯優(yōu)化算法，以形面精度最小為目標(biāo)函數(shù)，以桿長(zhǎng)調(diào)整尺寸為優(yōu)化變量，整合工藝人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大型星載平面天線的形面精度調(diào)控。最后，利用數(shù)值案例分析與天線縮比樣機(jī)實(shí)際裝調(diào)試驗(yàn)對(duì)所提方法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明所提方法能夠明顯加速優(yōu)化收斂速度，大幅提升形面精度與調(diào)控效率。

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08

基于改進(jìn)NSGA-Ⅱ算法的多階段混合流水裝配車間工人分配方法

引用格式:楊震, 高豐, 劉檢華, 孟昭旭, 沙金龍, 莊存波. 基于改進(jìn)NSGA-Ⅱ算法的多階段混合流水裝配車間工人分配方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 417-440.

論文摘要：

當(dāng)前手工裝配車間工人分配多依賴管理者經(jīng)驗(yàn)，易致排產(chǎn)效率低、工人忙閑不均。為此，研究考慮工人技能類型、技能水平、年齡大小等多人力因素的多階段混合流水車間工人分配問題至關(guān)重要。針對(duì)該問題，建立以最小化訂單完工時(shí)間和工人負(fù)載均衡為目標(biāo)的調(diào)度優(yōu)化模型，提出改進(jìn)NSGA-Ⅱ算法。為實(shí)現(xiàn)不同階段工人編碼，設(shè)計(jì)一種多層染色體結(jié)構(gòu)編碼方法。考慮工人技能類型的影響，設(shè)計(jì)一種染色體交叉變異方法。為避免算法陷入局部最優(yōu)解，設(shè)計(jì)一種基于變異方法的局部搜索策略。以某士兵裝備生產(chǎn)車間為例，設(shè)計(jì)32個(gè)測(cè)試案例進(jìn)行算法對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明該算法在穩(wěn)定性、收斂性和解的質(zhì)量方面優(yōu)于其他六種算法。為解決多階段混合流水車間工人分配問題提供了新方法。

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09

面向飛機(jī)駕駛艙面板操縱引導(dǎo)的多指動(dòng)態(tài)位姿追蹤與操作空間映射方法

引用格式: 申慧敏, 丁金濤, 沈夢(mèng)若, 雷勇. 面向飛機(jī)駕駛艙面板操縱引導(dǎo)的多指動(dòng)態(tài)位姿追蹤與操作空間映射方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(15): 441-452.

論文摘要：

隨著工業(yè)5.0時(shí)代的到來，智能制造對(duì)人機(jī)協(xié)同提出了更高的要求。特別是在飛機(jī)總裝測(cè)試過程中，駕駛艙面板的操作極為復(fù)雜，操作員需根據(jù)測(cè)試要求準(zhǔn)確操作數(shù)百個(gè)按鍵和旋鈕，極易因誤操作而影響測(cè)試效率和飛機(jī)安全性。為解決該問題，提出一種基于磁-慣性傳感信息融合的多指動(dòng)態(tài)位姿追蹤與操作空間映射方法。基于手部指骨生理約束，建立工作手指的D-H運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；利用結(jié)構(gòu)化磁場(chǎng)標(biāo)記技術(shù)獲取手部的基坐標(biāo)空間位姿信息；通過磁-慣性傳感信息融合，結(jié)合手指運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和空間映射方法，實(shí)現(xiàn)作業(yè)指尖運(yùn)動(dòng)向操縱面板空間映射，可用于操作識(shí)別和判定。面向模擬操作面板開展了應(yīng)用試驗(yàn)，包括按鍵順序操作和旋鈕操作識(shí)別，結(jié)果顯示按鍵操作指尖平均定位誤差±方差分布在[1.64, 3.73]±[0.44, 0.82] mm，旋鈕旋轉(zhuǎn)操作轉(zhuǎn)角識(shí)別平均誤差±方差分布在[2.11, 2.42]±[0.71, 1.00]°。驗(yàn)證所提出方法應(yīng)用于駕駛艙面板精細(xì)操縱的有效性和適用性。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對(duì)：張 強(qiáng)

審 核：張 彤

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JME學(xué)院是由《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》編輯部2018年創(chuàng)建，以關(guān)注、陪伴青年學(xué)者成長(zhǎng)為宗旨，努力探索學(xué)術(shù)傳播服務(wù)新模式。首任院長(zhǎng)是中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)監(jiān)事會(huì)監(jiān)事長(zhǎng)、《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》中英文兩刊主編宋天虎。

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