淺析智能制造過(guò)程中的人機(jī)交互系統(tǒng)

王　芳，趙中寧（山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東　濟(jì)南　250022）

淺析智能制造過(guò)程中的人機(jī)交互系統(tǒng)

王芳，趙中寧（山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南250022）

智能制造的本質(zhì)不是“機(jī)器代替人”而是將機(jī)器的優(yōu)勢(shì)和人的智慧融合起來(lái)，形成新的人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)，完成更加復(fù)雜和具有創(chuàng)造性的任務(wù)。在智能制造不斷發(fā)展的大背景下，人在生產(chǎn)中的任務(wù)和要求將發(fā)生變化。有些學(xué)者認(rèn)為，由于越來(lái)越多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了智能化，實(shí)現(xiàn)了自我管理，在沒(méi)有人的情況下也可以完成制造即所謂“關(guān)燈”車間或工廠，那么是不是意味著智能制造或工業(yè)4.0在不斷追求“工廠的無(wú)人化”呢？事實(shí)上并非如此。德國(guó)西門子公司迪爾特博士就明確表示，“在實(shí)施工業(yè)4.0的過(guò)程中人類作為有創(chuàng)造力的規(guī)劃者，監(jiān)督者和決策者的地位不可動(dòng)搖”。但我們不得不承認(rèn)，人在智能制造實(shí)施中的任務(wù)或工作崗位一定會(huì)發(fā)生根本性變化或全面調(diào)整，本文將通過(guò)智能制造的特征來(lái)分析人在智能制造或工業(yè)4.0實(shí)施中的具體變化和應(yīng)對(duì)。

1　人在智能制造中的角色

過(guò)去，技術(shù)技能人才往往依靠對(duì)具體崗位的專業(yè)知識(shí)和多年的工作經(jīng)驗(yàn)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。這些技術(shù)人員面對(duì)智能制造的環(huán)境，依靠主觀判定故障或直接解決問(wèn)題的情況將發(fā)生變化。在智能制造環(huán)境中他們看到的將是客觀的流程數(shù)據(jù)，需要分析這些數(shù)據(jù)和通過(guò)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定采用什么數(shù)據(jù)、何種方法來(lái)解決生產(chǎn)問(wèn)題。因此，閱讀數(shù)據(jù)、解讀數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，并借助于數(shù)據(jù)來(lái)決定生產(chǎn)的實(shí)施，“數(shù)據(jù)分析使用員”將成為技術(shù)人員在智能制造時(shí)代的第一個(gè)角色。同時(shí)，技術(shù)技能人員也沒(méi)有一個(gè)相對(duì)固定的崗位，他們更像是“數(shù)據(jù)檢測(cè)巡檢員”，在制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)中按照生產(chǎn)要求來(lái)巡視和檢驗(yàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的完成情況。另外，還通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接受和傳送維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)的順利實(shí)施，“數(shù)據(jù)檢驗(yàn)巡視員”將成為第二個(gè)角色。

很顯然，現(xiàn)在生產(chǎn)廠家更加重視控制產(chǎn)品的成本，重視產(chǎn)品生命周期的管理，而全自動(dòng)的規(guī)?；a(chǎn)終將被靈活的智能制造取代。批量的個(gè)性化定制將是工業(yè)新時(shí)代的重要標(biāo)志。有專家預(yù)測(cè)，未來(lái)智能制造條件下人的具體工作任務(wù)包括計(jì)劃、控制、執(zhí)行、監(jiān)督，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)與維修、產(chǎn)品智能化服務(wù)等。筆者認(rèn)為，未來(lái)的“無(wú)人工廠”只是一種理論上的可能，實(shí)際上在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)品的變化如此之快，高投入的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式是難以適應(yīng)的，解決這個(gè)問(wèn)題的科學(xué)方法就是人機(jī)的有機(jī)結(jié)合、人機(jī)的有效互動(dòng)，通過(guò)數(shù)據(jù)集成和云技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)和分析工具，將設(shè)備和人的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)精細(xì)化生產(chǎn)。在智能化制造進(jìn)程中人的作用不是降低而是更大了，智能制造替代的是傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，而不是人的智慧。

2　人的感知和聯(lián)想所實(shí)施的任務(wù)無(wú)法替代

在智能制造條件下，人的作用仍然是無(wú)法取代的。下面舉例來(lái)幫助理解人在智能制造環(huán)境下的角色變化和工作任務(wù)。多年來(lái)，一家汽車制造企業(yè)的技術(shù)人員已經(jīng)習(xí)慣在數(shù)控加工中心通過(guò)觸摸屏輸入數(shù)據(jù)，給設(shè)備下達(dá)工作指令，進(jìn)行零部件的加工。而今天的情況是，負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)的管理者通過(guò)信息流或模擬生產(chǎn)流程來(lái)確定每個(gè)工位的技術(shù)人員是否已經(jīng)將IPAD或工業(yè)型手機(jī)打開(kāi)，處于工作狀態(tài)，車間的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與生產(chǎn)線之間的“對(duì)話”是否完全暢通，當(dāng)車間技術(shù)人員給出我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了的信息數(shù)據(jù)后，生產(chǎn)系統(tǒng)將會(huì)收到相應(yīng)的指令，設(shè)備開(kāi)始模擬生產(chǎn)或運(yùn)行。人在工業(yè)手機(jī)或IPAD中，通過(guò)觀察數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)督生產(chǎn)的情況，當(dāng)出現(xiàn)故障或生產(chǎn)報(bào)警時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整成生產(chǎn)狀態(tài)，技術(shù)人員按照手機(jī)端或IPAD端系統(tǒng)給出的信息提示處理故障或人工干預(yù)解決問(wèn)題。技術(shù)人員需要認(rèn)真分析出現(xiàn)故障的原因，不斷優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)，避免再次出現(xiàn)類似問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)案例，我們發(fā)現(xiàn)人的角色由傳統(tǒng)的車間排產(chǎn)管理者、設(shè)備操作者、產(chǎn)品質(zhì)檢員、車間資料員等轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?shù)據(jù)的發(fā)出者、使用者、控制者、執(zhí)行者和監(jiān)督者等，更重要的是他們可以借助于智能制造系統(tǒng)成為不斷優(yōu)化生產(chǎn)的創(chuàng)造者。 研究中我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)新制造系統(tǒng)中，工業(yè)手機(jī)或IPAD已經(jīng)成為新的人機(jī)交互界面，技術(shù)人員通過(guò)這個(gè)“智能化生產(chǎn)平板”將所有生產(chǎn)任務(wù)在這個(gè)平板上進(jìn)行預(yù)加工或模擬操作，而且一目了然，信息數(shù)據(jù)通過(guò)驗(yàn)收達(dá)標(biāo)后，可以直接使用，技術(shù)人員據(jù)此迅速做出生產(chǎn)的決策。通過(guò)模擬和實(shí)體生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，完成實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的目標(biāo)。而人在模擬和實(shí)體生產(chǎn)“兩個(gè)”制造系統(tǒng)中起到了決策者、評(píng)估者、實(shí)施者、檢驗(yàn)者、創(chuàng)造者的關(guān)鍵作用。因此，創(chuàng)造者是第三個(gè)角色。而這個(gè)角色正是智能制造的靈魂所在。

3　智能制造是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

智能制造是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用?；ヂ?lián)網(wǎng)在消費(fèi)領(lǐng)域、游戲領(lǐng)域的推廣已被人們熟悉，已經(jīng)成為人們生活的一部分。2016年我國(guó)有網(wǎng)民7億多，移動(dòng)網(wǎng)民6億多，這些網(wǎng)民產(chǎn)生了巨大的信息和大數(shù)據(jù)，所謂大數(shù)據(jù)就是指具有量大、復(fù)雜、速度快捷特征的數(shù)據(jù)。人們利用這些大數(shù)據(jù)來(lái)分析消費(fèi)者各種經(jīng)濟(jì)行為、市場(chǎng)預(yù)期、環(huán)境壓力、個(gè)人信用度等，為政府和企業(yè)決策提供依據(jù)。為此，大數(shù)據(jù)是在現(xiàn)代社會(huì)中重要的資產(chǎn)。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用（即智能制造）要比在消費(fèi)和游戲領(lǐng)域更具有挑戰(zhàn)性，主要表現(xiàn)在智能制造需要更加安全的系統(tǒng)，比如網(wǎng)上購(gòu)物可以退貨或換貨，但生產(chǎn)領(lǐng)域一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤后果很嚴(yán)重。智能制造需要解決生產(chǎn)效率提高、降低生產(chǎn)成本的問(wèn)題，而最大的挑戰(zhàn)是設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備、設(shè)備與網(wǎng)路、網(wǎng)路與人、與社會(huì)構(gòu)成了一個(gè)新的很復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)世界，在這個(gè)新的世界里智能制造將發(fā)揮不可替代的作用。但由于互聯(lián)網(wǎng)在消費(fèi)和游戲領(lǐng)域的巨大成功，為工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)方法。這就是人們經(jīng)常說(shuō)的信息物理系統(tǒng)（CPS），它是智能制造的核心系統(tǒng)。筆者認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)首先是物聯(lián)網(wǎng)。近年來(lái)隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)中人與機(jī)器的關(guān)系、設(shè)備之間關(guān)系、管理者與生產(chǎn)一線的關(guān)系發(fā)生了質(zhì)的變化。哲學(xué)中有個(gè)人們熟悉的概念叫“量變到質(zhì)變”，用這個(gè)哲學(xué)思想來(lái)理解今天的互聯(lián)網(wǎng)帶給人們的變化顯得通俗易懂。這個(gè)“量”就是大數(shù)據(jù)，這個(gè)“質(zhì)”就是生產(chǎn)的高效率和資源的低成本，兩者的最優(yōu)化關(guān)系即經(jīng)濟(jì)學(xué)上的社會(huì)資源利用的帕累托最優(yōu)。

4　人在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中起到關(guān)鍵作用

就如同傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)一樣，人是制造的第一要素。首先我們回顧一下傳統(tǒng)制造企業(yè)內(nèi)部管理的結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)制造企業(yè)內(nèi)部管理結(jié)構(gòu)圖

董事會(huì)是最高決策機(jī)構(gòu)，而決策的依據(jù)是層層提供的信息、存在的問(wèn)題、擬解決問(wèn)題方案等。因此，數(shù)據(jù)的真實(shí)性、及時(shí)性、完整性等是非常重要的，我們可以稱為決策信息。

第二層是高級(jí)管理機(jī)構(gòu)。他們既是管理者又是執(zhí)行者，既是數(shù)據(jù)的使用者，也是數(shù)據(jù)分析和處理的管理者。起承上啟下的作用。

第三層是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。他們的主要任務(wù)是按照企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)安排和實(shí)施。他們是數(shù)據(jù)的產(chǎn)生者，也是數(shù)據(jù)的提供者，更是數(shù)據(jù)使用者（決策數(shù)據(jù)執(zhí)行者）。我們分析發(fā)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)行為包括：董事會(huì)決策，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與營(yíng)銷，技術(shù)研發(fā)，原材料供應(yīng)與采購(gòu)，生產(chǎn)組織實(shí)施與質(zhì)量保障，客戶服務(wù)，設(shè)備的維修與保養(yǎng)，庫(kù)存管理等環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中會(huì)產(chǎn)生任務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)備與排產(chǎn)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，生產(chǎn)機(jī)器狀態(tài)的流程數(shù)據(jù)，文檔數(shù)據(jù)和生產(chǎn)預(yù)警報(bào)告數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)。我們可以這樣來(lái)理解，一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)組織、實(shí)施、決策等都離不開(kāi)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)的組織過(guò)程就是數(shù)據(jù)交換或替代的過(guò)程，生產(chǎn)的控制過(guò)程就是數(shù)據(jù)的控制過(guò)程，安排生產(chǎn)的過(guò)程就是分享數(shù)據(jù)的過(guò)程，生產(chǎn)的改進(jìn)的過(guò)程就是優(yōu)化數(shù)據(jù)的過(guò)程。因此，中國(guó)大數(shù)據(jù)的領(lǐng)導(dǎo)者浪潮集團(tuán)明確提出“互聯(lián)網(wǎng)+企業(yè)就是企業(yè)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，企業(yè)要將以應(yīng)用為中心轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)為中心。”

5　大數(shù)據(jù)的利用是主要任務(wù)

數(shù)據(jù)是客觀存在的，與生產(chǎn)模式?jīng)]有關(guān)系。但隨著社會(huì)的進(jìn)步和需求的多元化，數(shù)據(jù)越來(lái)越復(fù)雜，這就產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)的概念。在企業(yè)中員工面對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)，如何利用、分析和處理這些數(shù)據(jù)是未來(lái)員工的中心工作。企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、流程再造等將成為企業(yè)的大數(shù)據(jù)“再整合”、“再分析”、“再處理”、“再優(yōu)化”，這就是以大數(shù)據(jù)為中心的企業(yè)核心業(yè)務(wù)。智能制造的推進(jìn)過(guò)程就是大數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的過(guò)程，包括與云端的聯(lián)網(wǎng)與全球信息共享。

海爾集團(tuán)提供的企業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)將所有的信息流（數(shù)據(jù)流）科學(xué)分配，建立若干個(gè)“創(chuàng)客”，將傳統(tǒng)的串聯(lián)工藝流程的工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ゲ⒙?lián)、交互、可視的互聯(lián)網(wǎng)工廠。這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)工廠也是一個(gè)生態(tài)化的協(xié)同共創(chuàng)平臺(tái)。

人在大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的作用不可替代。到目前為止，無(wú)論是傳統(tǒng)企業(yè)還是現(xiàn)代化企業(yè)，數(shù)據(jù)的智能整合建模是需要人來(lái)完成的基礎(chǔ)工作。比如用戶的訂單需求，設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)行的數(shù)據(jù)都需要首先人工來(lái)完成。特別是建模數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的對(duì)比產(chǎn)生的誤差需要人工干預(yù)。人對(duì)智能制造有著基礎(chǔ)性的支撐作用，這是其一。

其次，有效整合數(shù)據(jù)，包括以下幾點(diǎn)：

（1）從正在使用的大量數(shù)據(jù)中選擇針對(duì)公司集成有意義的信息；

（2）把獲得的信息（數(shù)據(jù)）以合適的方式整合呈現(xiàn)，讓員工更正確的理解生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際狀況；

（3）為不同的數(shù)據(jù)終端（手機(jī)、平板、電腦顯示器）準(zhǔn)備不同的數(shù)據(jù)；

（4）為不同企業(yè)提供可參考的數(shù)據(jù)。

第三，在可視化的生產(chǎn)過(guò)程中處理故障，實(shí)施質(zhì)量監(jiān)督。技術(shù)人員通過(guò)3D可視化系統(tǒng)與建模的3D進(jìn)行對(duì)比、評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的錯(cuò)誤或?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)。

第四，解決大數(shù)據(jù)處理中的信息安全。前面已經(jīng)提到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的最大問(wèn)題是信息安全，因?yàn)樯a(chǎn)的產(chǎn)品是不可逆的，發(fā)給其他企業(yè)需要協(xié)同創(chuàng)新的錯(cuò)誤信息也可以導(dǎo)致額外的損失。有些專家指出“雖然工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)、游戲互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用區(qū)別不大，它們都有上下切換、菜單選擇、互動(dòng)開(kāi)關(guān)、數(shù)值輸入和文字輸入等共同點(diǎn)，但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中安全運(yùn)行是非常重要的，基于手指觸摸相互作用的機(jī)器中首先必須具備精準(zhǔn)、安全”。而安全屏障由人來(lái)設(shè)計(jì)和保障。技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和選擇觸摸式移動(dòng)終端時(shí)，首先要考慮可視化窗口的尺寸限制，目前移動(dòng)終端中采用的ANDROID系統(tǒng)或IOS系統(tǒng)不能直接與有些可視化平臺(tái)的中央控制屏的窗口相一致，目前考慮最多的是基于瀏覽器（例如HTML）為基礎(chǔ)的運(yùn)行平臺(tái)。

第五，疊加信息的處理。所謂“疊加信息”是指技術(shù)人員在手里的移動(dòng)數(shù)據(jù)終端中可以獲取更多的信息，與環(huán)境信息實(shí)時(shí)匹配。比如，技術(shù)人員在“巡查”生產(chǎn)運(yùn)行中，通過(guò)“穿戴設(shè)備”（數(shù)據(jù)眼鏡），可獲得額外的信息如設(shè)備的維修信息、地理數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和建筑物理信息等。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中這些“疊加數(shù)據(jù)信息”是實(shí)時(shí)的過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)人工的整合將這些信息發(fā)送到云端，成為有價(jià)值的資源。當(dāng)維修數(shù)據(jù)發(fā)到維修人員手中的移動(dòng)終端時(shí)，使得維修工作更加節(jié)約時(shí)間，節(jié)省成本。

第六，支持工業(yè)設(shè)備的全球聯(lián)網(wǎng)。智能制造的主要任務(wù)是解決最優(yōu)化制造，實(shí)現(xiàn)制造效率最高，節(jié)約成本，批量個(gè)性化定制，更加環(huán)保等，這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)須基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的全球化，只有單個(gè)設(shè)備或單獨(dú)的企業(yè)與全球互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)接，發(fā)揮全球化優(yōu)勢(shì)和經(jīng)驗(yàn)，才能真正實(shí)現(xiàn)智能制造。

6　智能制造條件下的人機(jī)交互

按照智能制造的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)系統(tǒng)中所有設(shè)備和加工對(duì)象都要具備信息交換和信息處理的功能，我們稱為M2M技術(shù)。設(shè)備與設(shè)備之間相互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)，設(shè)備與企業(yè)管理平臺(tái)之間相互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)，甚至設(shè)備與云端相互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)。但非常重要的一個(gè)聯(lián)網(wǎng)就是與人的“聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)”，我們稱為人機(jī)交互。在智能制造不斷推進(jìn)的過(guò)程中，人在工廠的任務(wù)及要求的多樣性已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)，德國(guó)人工智能中心羅斯基博士指出“工業(yè)4.0并不致力于追求無(wú)人化工廠，而是通過(guò)更理想的操作，把人的自身能力與信息物理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來(lái)”。換言之，智能制造或工業(yè)4.0的追求是人與生產(chǎn)設(shè)備的最優(yōu)化組合。

（1）人機(jī)交互是智能制造的核心

人機(jī)交互既可以通過(guò)直接操控或借助中間體進(jìn)行，比如技術(shù)個(gè)人可以直接操控機(jī)器人或通過(guò)模擬制造系統(tǒng)來(lái)間接實(shí)施生產(chǎn)或加工。在此期間，人的首要任務(wù)就是預(yù)先設(shè)定一個(gè)生產(chǎn)策略或加工工藝路線，也叫工藝建模。設(shè)備的自主或自治生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)按照“工藝建模”中的數(shù)據(jù)進(jìn)行，而人對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)督也以“工業(yè)建?！钡臄?shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)偏差時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警或出現(xiàn)相關(guān)提示。人機(jī)交互是糾錯(cuò)的過(guò)程、更是人機(jī)相互協(xié)調(diào)的過(guò)程、是人機(jī)相互深度合作的過(guò)程，而不是相互替代的“零和博弈”。筆者認(rèn)為理解和把握了如上研究觀點(diǎn)，對(duì)學(xué)習(xí)理解智能制造或工業(yè)4.0意義重大。

（2）智能制造中人與機(jī)器人將建立“新關(guān)系”

在智能制造領(lǐng)域，實(shí)際上在目前的自動(dòng)化程度較高的企業(yè)，機(jī)器人已經(jīng)非常普遍了。企業(yè)在工作環(huán)境特殊，勞動(dòng)強(qiáng)度大的崗位上用機(jī)器人來(lái)替代人的工作崗位，比如工程機(jī)械公司往往通過(guò)采用焊接機(jī)器人代替焊接人工，用運(yùn)輸機(jī)器人代替?zhèn)}庫(kù)管理員、發(fā)貨員、取料員等，但現(xiàn)在機(jī)器人僅僅解決崗位的需求矛盾問(wèn)題，因?yàn)檫@些崗位招工比較難，工作風(fēng)險(xiǎn)比較大，因此企業(yè)通常是首先考慮經(jīng)濟(jì)利益和生產(chǎn)的相互協(xié)調(diào)。

機(jī)器人具有通用性和特殊性。它不但可以完成一般意義上裝配、加工、焊接、搬運(yùn)等，如果將機(jī)器人輸出輸入的信息與人的信息開(kāi)展交互，使機(jī)器人產(chǎn)生認(rèn)知能力或感知能力時(shí)，就開(kāi)啟了機(jī)器人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人可以成為技術(shù)工人的助手，技術(shù)人員可以靈活直接指揮機(jī)器人完成或參與具體工作，這里“直接”的意義是非同尋常的。機(jī)器人的加工程序不一定需要事先編程而是按照技術(shù)工人的要求靈活執(zhí)行。正如德國(guó)費(fèi)勞恩霍夫工程研究所工程師們所表述的“人與機(jī)器信息交互的目的是利用機(jī)器人完成新的任務(wù)或在制造流程中直接控制機(jī)器人，這種使用機(jī)器人的做法特別適用個(gè)性化產(chǎn)品而可以節(jié)約成本?！?/p>

（3）人與機(jī)器人的信息數(shù)據(jù)交互

傳統(tǒng)的機(jī)器人使用通常有兩種方法。一是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)編程，通過(guò)機(jī)器人界面輸入加工程序，完成加工任務(wù)，這通常用于小型機(jī)器人的做法。二是，對(duì)于大型機(jī)器人一般采用離線編程的方法，加工程序是在其他電腦上通過(guò)模擬軟件完成，無(wú)論是在線編程，還是離線編程都屬于傳統(tǒng)的人機(jī)交互模式。手動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器人的直接交互即身體交互。所謂“手動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人”就是通過(guò)直觀的輸入數(shù)據(jù)引導(dǎo)機(jī)器人按照技術(shù)工人的要求進(jìn)行“加工合作”。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，未來(lái)的智能制造時(shí)代，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同機(jī)器人單元的輸入進(jìn)行集中分析的服務(wù)，通過(guò)互聯(lián)在云端的機(jī)器人數(shù)據(jù)處理中心使機(jī)器人具有一定的認(rèn)知能力，并提供優(yōu)化的解決方案。

（4）人與機(jī)器人“親密合作”安全問(wèn)題

目前生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于機(jī)器人的管理通常采用隔離欄，將人與機(jī)器安全分開(kāi)，保障人的安全。這時(shí)的機(jī)器人是在事先編程的基礎(chǔ)上獨(dú)立完成加工任務(wù)。實(shí)際上安全問(wèn)題是機(jī)器人推廣應(yīng)用的最重要的問(wèn)題之一。2006年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)就將機(jī)器人的安全技術(shù)納入了標(biāo)準(zhǔn)體系中（ISO 10218），規(guī)定了在什么情況下人和機(jī)器人可以直接合作?，F(xiàn)在有些企業(yè)已經(jīng)取消了機(jī)器人防護(hù)欄，安裝了安全傳感器比如采用激光傳感或光柵器等，保障人的安全。但是未來(lái)智能制造要求機(jī)器人與技術(shù)工人之間的互動(dòng)和無(wú)縫配合的生產(chǎn)工具還需要不斷研究新的安全措施，包括機(jī)器人的工作邊界的管理等。

（5）人機(jī)交互中的機(jī)器人具有“可遷移性”

實(shí)現(xiàn)智能制造要求機(jī)器人具有變化能力和工作的靈活性。在未來(lái)的智能制造的領(lǐng)域，人和機(jī)器人將會(huì)是一個(gè)工作崗位。他們可以同時(shí)工作，也可以按照時(shí)間段來(lái)合理分工。我們可以稱為服務(wù)型機(jī)器人。它具有變化能力、適應(yīng)性和靈活性，這樣的機(jī)器人將成為有“遷移能力”的服務(wù)型設(shè)備，可以去不同場(chǎng)合工作或承擔(dān)任務(wù)，機(jī)器人的通用性不斷加強(qiáng)，而不是現(xiàn)在的基于專用性的機(jī)器人配置。這樣會(huì)產(chǎn)生機(jī)器人租賃市場(chǎng)。有些中小企業(yè)也可以擁有機(jī)器人的所帶來(lái)的新的人機(jī)互動(dòng)，滿足市場(chǎng)個(gè)性化的生產(chǎn)要求。

人機(jī)互動(dòng)的最大優(yōu)勢(shì)不是機(jī)器人將人的部分工作替代，而是人通過(guò)人機(jī)互動(dòng)的生產(chǎn)模式，將人的聰明才智和工作經(jīng)驗(yàn)嵌入到人機(jī)互動(dòng)的體系中，與機(jī)器人精準(zhǔn)、高效、靈活、融合等優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生新的生產(chǎn)能力和智能化創(chuàng)造力，這才是人機(jī)互動(dòng)的真正價(jià)值所在。

機(jī)器人技術(shù)為智能制造提供了基礎(chǔ)，機(jī)器人的互聯(lián)網(wǎng)和信息的集成使智能制造成為現(xiàn)實(shí)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)的智能機(jī)器人將為人機(jī)交互提供更大的商業(yè)服務(wù)空間。

（6）人是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵

智能制造時(shí)代，工廠中所有設(shè)備與設(shè)備間、設(shè)備與人之間、人與人之間都可以互通互聯(lián)，并與云端相連。資源互通互聯(lián)，構(gòu)建了完整的“互聯(lián)網(wǎng)+制造”體系。智能制造不是機(jī)器替代人的勞動(dòng)，而是人與設(shè)備融合為一體，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，形成新的生產(chǎn)能力與創(chuàng)造力。人機(jī)互動(dòng)人的作用至關(guān)重要，制造標(biāo)準(zhǔn)建模、生產(chǎn)工藝策略、實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)指揮運(yùn)行、信息收集和評(píng)估、故障預(yù)測(cè)和排除等都需要人與所有機(jī)器配合來(lái)完成。技術(shù)工人由原來(lái)設(shè)計(jì)工藝路線、選擇工具、直接操作設(shè)備等人工干預(yù)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰯?shù)據(jù)、評(píng)估數(shù)據(jù)、解讀數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)、優(yōu)化數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)分析使用員”。這個(gè)重大的變化實(shí)現(xiàn)的標(biāo)志是整個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)“無(wú)紙化”工廠，“數(shù)據(jù)流工廠”、而不是“無(wú)人化工廠”，在“無(wú)紙化”工廠的背后支撐的是企業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上用戶、設(shè)計(jì)、環(huán)境條件、工藝、制造設(shè)備，生產(chǎn)實(shí)施、物流配送、產(chǎn)品服務(wù)、云計(jì)算等互聯(lián)互通，形成并聯(lián)式全產(chǎn)業(yè)線的企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)與創(chuàng)新的系統(tǒng)，這是智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)。人機(jī)交互既可以直接與機(jī)器設(shè)備交互，也可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)間接的與機(jī)器設(shè)備交互，因此掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)即VR成為技術(shù)工人的新技能，在未來(lái)生產(chǎn)中VR技術(shù)是處理信息的重要工具。綜合分析發(fā)現(xiàn)，在智能制造領(lǐng)域人的新任務(wù)主要包括：

· 解讀理解多樣化的數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)），通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理使其成為能與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)對(duì)接的有效數(shù)據(jù)；

· 通過(guò)調(diào)用敏感的重要信息和數(shù)據(jù)，監(jiān)管生產(chǎn)過(guò)程和質(zhì)量；

· 預(yù)先設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建模，通過(guò)VR技術(shù)模擬生產(chǎn)過(guò)程；

· 采用動(dòng)態(tài)可視化移動(dòng)終端收集和使用數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)流檢查設(shè)備故障或預(yù)測(cè)故障，需要時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，提供實(shí)時(shí)的人工支撐；

· 建立學(xué)習(xí)型生產(chǎn)組織，在人機(jī)交互的平臺(tái)上不斷改進(jìn)生產(chǎn)效率，滿足個(gè)性化批量定制，創(chuàng)新生產(chǎn)模式和服務(wù)模式。

[1] 奧拓·布勞克曼. 智能制造：未來(lái)工業(yè)模式和業(yè)態(tài)的顛覆與重構(gòu)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2015.

[2] 王喜文. 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造業(yè)邁向智能化[J]. 民主與科學(xué), 2015.

[3] 托馬斯·保爾漢森, 米夏埃爾·騰·洪佩爾, 布里吉特·福格爾—霍爾澤, 等.實(shí)施工業(yè)4.0——智能工廠的生產(chǎn)·自動(dòng)化·物流及其關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用遷移和實(shí)戰(zhàn)案例[M]. 北京: 中國(guó)工信出版社, 2015.

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[5] 劉策. 揭秘浪潮“企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型”的六字真言[EB/OL]. http://www. weixinla.com/document/34706541.html, 2016.

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Analysis of human-machine Interaction in Intelligent Manufacturing

未來(lái)智能制造時(shí)代，企業(yè)中所有設(shè)備與設(shè)備間、設(shè)備與人之間都可以互通互聯(lián)，并與云端資源互通互聯(lián)，構(gòu)建完整的“互聯(lián)網(wǎng)+制造”體系。智能制造不是簡(jiǎn)單的機(jī)器替代人的勞動(dòng)，而是人與設(shè)備融合為一體，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，形成新的生產(chǎn)能力與創(chuàng)造力。通過(guò)企業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)將用戶、設(shè)計(jì)、環(huán)境、工藝、制造設(shè)備，物流、服務(wù)等要素即通過(guò)企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)將PDM、ERP、MES、SAP、IPhone或Ipad等互聯(lián)互通，形成并聯(lián)式全產(chǎn)業(yè)線的企業(yè)協(xié)同生產(chǎn)和人機(jī)交互創(chuàng)新的新系統(tǒng)，這是智能制造的本質(zhì)。

智能制造；大數(shù)據(jù)；人機(jī)交互；個(gè)性化批量定制；信息物理系統(tǒng)

In the future of intelligent manufacturing, in industries all the equipment can be interconnected with each other, and also connected with humans and resources on the cloud. In this way, a complete “Internet plus manufacturing”system is constructed. Intelligent manufacturing is not simply using machines to replace human labor, but integrating humans and equipment to promote their respective advantages. Therefore, new production capacity and creativity can be achieved. The essence of intelligent manufacturing is to interconnect customers, design, environmental conditions, processing technologies, manufacturing equipment, logistics, service, and so on, via the enterprise big data platform, and thus we can build new parallel production systems based on synchronous manufacturing and human-machine interaction.

Intelligent manufacturing; Enterprise big data platform; Humanmachine interaction; Personalized mass customization; Cyber physical system

B

1003-0492(2016)11-0078-04

TP242.2

王芳（1967-），女，山東龍口人，教授，現(xiàn)任山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處處長(zhǎng)，山東省職業(yè)院校教學(xué)工作委員會(huì)委員，研究方向?yàn)楦呗毥逃虒W(xué)。

趙中寧（1959-），男，山東濟(jì)南人，教授，現(xiàn)就職于山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，兼任山東機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾Ｆ蠛献髋c職業(yè)教育，先進(jìn)制造與技術(shù)。

★課題項(xiàng)目：山東省教育廳2015年度重點(diǎn)教改立項(xiàng)項(xiàng)目“基于企業(yè)智能化生產(chǎn)背景下技術(shù)技能人才的培養(yǎng)與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)2015051）