新一轮科技与产业革命正推动制造业向更高层次发展，促进新一代信息技术与先进制造技术深度融合，也促进智能制造向自主智能方向发展，但生产的目的是更好地满足人类的需求，还需要考虑生产对社会的作用和贡献，因而以人为本的智能制造日益受到关注和重视。

人仍然是一个制造系统最为重要的生产要素，需要以人为中心探讨智能制造问题。

为此，本文首先从工业革命进程中人机交互与企业创新的演进发展、生产模式与人类需求的递进关联关系两个方面论述智能制造面临的人本问题，阐明在智能制造中引入“以人为本”理念的必要性；接着从首次工业革命的机器化大规模生产到当今包容性长尾制造的制造业发展历史长河之中，归纳总结出人本制造演进脉络，并以智能包容性长尾制造为例说明人本智能制造理念实现；最后对人本智能制造的未来发展趋势做出展望。

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前言

人本制造的定义与背景

• 概念：人本制造（以人为中心的制造）是以人为核心的制造理念，涉及人与机器及其关系（人机关系）。
• 技术背景：物联网、云计算、信息物理系统（CPS）、大数据、深度学习等新一代信息通信（ICT）/人工智能（AI）技术推动工业4.0的到来，形成了新型操作工人——操作员4.0，以及自主智能机器。

人机关系的发展

• 演变：从最初的单人-单机物理直接交互发展到人机物虚实融合的系统协同。
• 概念：人不再局限于物理回路里（Human-in-the-loop，HiL），还包括人在回路上（Human-on-the-loop，HoL）和人在回路外（Human-out-of-the-loop，HofL）。
• 对应空间：HiL、HoL和 HofL分别对应智慧制造的物理空间、信息空间和社会（社群）空间，形成三位一体的自主社会信息物理生产系统（SCPPS）。

生产关系的变革

• 趋势：新科技和产业革命促进生产力发展和生产关系变革。
• 协同创新：产品生产逐步由生产者主导转向生产者与消费者协同融合发展，形成技术共享、智慧共享、协同创新的社会环境。
• 包容性制造：通过多元化、多粒度的社会制造单元协同完成产品全生命周期的各个环节，满足多样化需求，增强社会参与度，形成以人为本的包容性制造。

智能制造的全球趋势

• 国际对比：智能制造成为各国制造业发展的制高点，如德国的工业4.0和美国的工业互联网，均致力于实现虚实融合的新一代智能制造模式。
• 本质：制造信息化加深的过程。

人本智造的发展

• 围绕“人”展开：以人为本的制造理念将在未来智能制造中扮演重要角色。
• 现阶段：人本智造处于概念形成和起步阶段，需梳理其发展脉络，并结合以人为中心的人工智能和新兴的元宇宙加以延伸拓展。

研究框架

• 问题分析：分析新工业革命下智能制造面临的人机要素问题，包括人机交互与企业创新发展、生产模式演化与人类需求递进关联。
• 生产模式变迁：论述从机器化大规模生产到包容性长尾制造的人本制造发展现状，并以智能包容性长尾制造为案例说明人本智造的实现。
• 未来趋势：从工业元宇宙（元制造）、“融合智能+混合制造”以及人机协作进化三个方面分析人本智造的未来发展趋势。

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智能制造面临的人本问题

工业4.0下的人机交互与企业创新

• 工业革命的演变：
• 工业1.0：蒸汽机和操作员1.0，解放体力劳动。
• 工业2.0：电动机和操作员2.0，电气化和自动控制。
• 工业3.0：数字电子计算机和操作员3.0，部分脑力劳动解放。
• 工业4.0：新一代AI和语义网，创新3.0，操作员4.0，全面脑力劳动解放。
• 企业创新模式的演变：
• 创新1.0：封闭式创新，企业内部员工创新。
• 创新2.0：开放式创新，结合外部资源和消费者创新。
• 创新3.0：嵌入式创新，消费者和研究者全面参与。
• 创新4.0：全球式创新，聚集全球企业和消费者创新思想。

生产模式演化与人类需求多样化

• 生产模式与人类需求：
• 工业1.0/2.0：大规模生产，低廉价格满足大众需求。
• 工业3.0：大规模定制生产，满足个性化需求。
• 工业4.0：智能制造，实现大规模个性化生产，形成“产消者”。
• 商业模式的转变：
• 从推式生产转向拉式生产，强调个性化需求和长尾制造。
• 工业5.0：以人为本，工人的福祉成为中心，促进社会公平和可持续性。
• 人本智能制造：
• 将生产者与消费者整合到产品全生命周期管理中，实现真正的人本智能制造。
• 采用利益相关者理论，关注所有利益相关者的诉求，包括股东、消费者、政府等。

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人本智能制造发展现状

制造业与信息业的紧密结合

• 制造的本质：利用能量将物质转化为产品，在信息交流的作用下完成。信息提升制造业智能化水平。
• 个体智能：19世纪中叶，生产主要以手工作坊为主，智能化水平由作坊主决定。
• 数字化制造：20世纪50年代起，电子计算机与制造业结合，提升智能化水平。20世纪70年代，计算机网络的成功研制，推动“数字化制造”模式（计算机集成制造CIM）。
• 网络制造：20世纪80年代初，Web技术推动“网络制造”模式（敏捷制造Agile manufacturing），提升企业的数字化、网络化水平。
• 计算智能：新世纪以来，物联网、大数据、云服务等新技术出现，推动制造业进入“计算智能”阶段，欧美国家称之为Smart manufacturing(SM)。
• 认知智能：未来制造将进入“大众化自我实现个性化”生产模式，普通大众将参与产品设计。这一阶段称为“认知智能”或“自我认知制造网络”（Self-X cognitive manufacturing network），典型制造模式为“智慧制造（Wisdom manufacturing）”。

智能制造的演化路线

• 工业1.0：机械化大批量生产，动力不再局限于自然力，初步解放了人类体力劳动。
• 工业2.0：电气化生产设备的应用，出现了刚性大规模流水生产线，生产效率提高，操作难度降低。
• 工业3.0：计算机命令交互与图形用户界面出现，操作工逐渐从产线回路中解放。
• 工业4.0：智能制造发展，操作工进入虚拟空间和社会空间，企业采用开放式、嵌入式创新模式。
• 工业5.0：人本智造进一步发展，实现以人为中心(human-centric)、可持续和弹性的生产模式。

人本智造的发展阶段

• 手工作坊阶段：按客户需求手工定制，智能水平由手工制作者决定。
• 大批量生产阶段：福特汽车流水线，生产效率提高但产品种类较少。
• 精益生产阶段：丰田汽车生产，产出投入比高。
• 大批量定制阶段：戴尔电脑大批量定制，兼顾个性化与大批量生产。
• 全球制造网络阶段：波音飞机生产，全球分工协作。
• 大批量个性化生产阶段：移动互联网、Web2.0技术应用，网络化大批量个性化生产。
• 大规模个性化定制阶段：工业4.0，物联网、大数据、云服务及深度学习技术应用。
• 大众化自我实现个性化生产阶段：3D打印技术，用户参与产品设计开发。

未来智能制造的创新模式

• 封闭式创新：企业依靠自身创意和内部市场，控制产品创新。
• 开放式创新：吸纳外部技术人员或消费者创意，实现创新成果转化。
• 嵌入式创新：利益相关者从回路外进入回路内，加速个性化产品创新。
• 全球式创新：未来企业采用全球式创新模式，确保全球消费者参与产品创新，实现个性化需求。

人本智造的系统构成

• 社会信息物理生产系统（SCPPS）：融合物联网、务联网、人际网、内容/知识网与先进制造技术，形成协同社会信息物理生产系统。
• 人本智造的实现：从产品、生产、模式、基础设施等维度全盘考量，最终实现以人为中心的工业5.0。

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人本智造实例——包容性制造

包容性制造的理念与发展背景

• 社会分工与制造角色：人本智造不仅满足生产者和消费者的需求，更要满足制造全价值链上所有参与者的需求。
• 环境与可持续性：制造业在满足人类生活需求的同时也是环境污染的重要来源之一。近年来，随着环境问题的关注和利益相关者的压力，可持续制造理念得到重视，旨在减少环境负面影响和资源消耗，同时具备社会责任感和经济可行性。

智慧制造的实现路径

• 社会信息物理系统（Social CPS, SCPS）：融合物联网、务联网、内容知识网和人际网，将人（社会）、计算机（信息空间）和物（环境）融合，实现智慧制造，自然而然地考虑了社会和环境问题。

生产侧与消费侧的角色转变

• 生产侧操作者的转变：逐步将生产侧操作者从“环内”转移到“环上”和“环外”，解放重复繁重的体力、脑力劳动，利用机器人完成繁重、危险、重复的工作，创意和艺术性的工作由人与协作机器人协同完成。
• 消费者的参与：消费者不再仅满足于产品及其附带的服务，而是参与到产品设计、制造等全生命周期的各个环节。

企业创新模式的发展

• 创新模式：从封闭式创新到开放式创新，再到嵌入式创新，最终形成全球式创新模式，推动产消融合和社会经济增长，满足人类多层次、多样化的产品需求。

长尾制造与智能化机器的关系

• 长尾制造：包括大规模个性化定制和大规模定制，适应个体需求和以人为中心的制造理念。
• 智能化机器：从工业1.0的被动“裸机”到工业4.0的自主智能机器，推动智能制造的发展。

包容性制造体系架构

• 社会经济技术生产系统：融合长尾制造与可持续制造（再制造）理念，与SCPS、大数据和区块链等新兴ICT/AI技术深度融合，形成以人为本的包容性制造体系架构。
• 系统全局优化：通过对信息流、能量流、物料流的系统全局优化，达到可持续制造的目标。

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展望

智能制造技术的主要特点

• 高度自动化：通过智能设备和系统实现生产过程的自动化，减少人为干预。
• 数据驱动：利用大数据分析和人工智能技术，对生产数据进行实时分析和决策。
• 网络化协同：通过互联网和物联网，实现生产资源的高效协同和共享。
• 定制化生产：满足消费者个性化需求，实现大规模定制生产。

智能制造的关键技术

• 物联网（IoT）：实现设备与设备之间的互联互通，提高生产线的柔性和效率。
• 大数据分析：对生产数据进行深入分析，优化生产流程，提升产品质量。
• 人工智能（AI）：通过机器学习和智能算法，实现生产过程的智能化控制和优化。
• 云计算：提供强大的计算能力和数据存储支持，确保生产数据的高效处理和管理。

智能制造应用案例

• 汽车制造：通过智能生产线，实现了生产过程的全自动化和高效化。
• 电子产品生产：利用大数据和人工智能技术，提高了生产效率和产品质量。
• 医疗设备制造：通过智能制造系统，实现了高精度、高可靠性的医疗设备生产。

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结论

生产是为了满足人类的需求而存在的，围绕“人”这一最重要的主体探讨了人本制造的发展。本质上来说，人类生产技术发展历史就是一个不断走向以人为本的生产过程，或者说是一个通过机器不断把人从重复繁重的体力和智力的生产劳动中解放出来的过程，也是一个不断满足人类对美好生活追求的过程，但是生产活动必须确保地球的可承受能力和社会公平前提下进行，只有包括生产者与消费者等利益相关者所有人都可以参与集成到产品的全生命周期管理、制造的全价值链中，人本制造才得以真正实现。从历次主要生产方式变革来看，从工业 1.0“人+裸机”机器化大规模生产到工业 4.0 自主智能生产，就是一个不断提高机器自主性而减少人工干预的生产自动化/智能化发展过程，也是从“人适应机器”到“智能化机器(系统)适应人”的发展过程，但只有到了以人为中心、可持续、弹性的工业5.0理念下的智能制造——人本智造理念才得以真正实现。包容性智慧长尾制造是一种关注当代人的生存、权利和福祉方面的一种人本智造模式，体现以人为核心的制造价值观。

工业元宇宙(元制造)、融合智能+混合制造、人机协作进化是人本智造未来发展方向，但要实现生产者与消费者等利益相关者双向流动的全球式协同创新的人本智造还有很长的路要走。