院士领衔策划——人本智造丨JME特邀专辑（下）

专栏导读

人是制造生产活动中最具能动性和最具活力的因素，智能制造与机器人最终都需回归到服务和满足人们对美好生活的需求、促进人的全面发展上来。2017年，中国工程院基于人-信息-物理系统（HCPS）正式提出了“新一代智能制造”理念，并认为实施智能制造的实质就是设计、构建与应用各种不同用途、不同层次的HCPS。2021年，欧盟正式提出“工业5.0”的概念，并指出未来工业要更加关注具有以人为本、可持续、弹性化等特征的新应用、新业态和新模式。近年来，中国学者积极开展前瞻研究，阐明并构建了人本智造的理论与技术体系。人本智造领域科技人员在HCPS、工业5.0、人-机-环境共融、人机混合增强智能、协作机器人等方面开展了大量深入研究。2022年《机械工程学报》第18期，整期出版“人本智造”专辑，该专辑由杨华勇院士、王力翚院士担任客座主编，杨赓研究员、王柏村研究员担任客座编辑，出版后受到国内外广泛关注与引用。

为继续分享人本智造领域最新成果、广泛开展学术交流，进一步探讨人本智造的未来方向和前沿科学问题，推动人本智造理论与技术的快速应用与深入研究，《机械工程学报》编辑部与客座编辑团队再次联合策划出版“人本智造”专辑。专栏共收录论文29篇，本期推送后9篇。专栏已于《机械工程学报》2025年15期正式出版。

客座专家团队

杨华勇，中国工程院院士，国际智能制造联盟主席，中国机械工程学会副理事长，浙江大学工学部主任/高端装备研究院院长。在电液控制基础理论、基础元件和系统，盾构和电梯装备关键技术开发和工程应用方面开展了系列研究，形成了“理论-元件-系统-装备-应用”完整的技术路线，对我国机电液装备的自主研发作出了重要贡献，取得了显著的经济效益。获国家科技进步奖一等奖1项（排1）和二等奖1项（排1）。

王力翚，加拿大工程院院士，瑞典皇家理工学院讲席教授兼卓越生产研究中心主任。研究方向包括人机协作、实时监测和控制、信息物理系统和自适应制造系统等。Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, International Journal of Manufacturing Research, Journal of Manufacturing Systems的主编。累计出版11本著作，发表700多篇论文。加拿大工程院院士，AET、CIRP、SME和ASME的会士；北美制造研究院（North American Manufacturing Research Institution）原院长(2020-2021)，瑞典生产学院（Swedish Production Academy）原院长(2018-2020)。2020年SME智能制造领域最具影响力的20位教授之一，在2024年美国制造工程师学会SME评选中成为唯一一位金奖获得者。

王柏村，国家级青年人才，浙江大学百人计划研究员，全省智能制造工业软件重点实验室副主任、《工程设计学报》副主编。长期致力于智能制造、人机协作与数字孪生等研究，提出基于人-信息-物理系统（HCPS）的人本智造理论与技术框架，在面向工业4.0/5.0的技术探索与应用方面取得系列进展。作为负责人主持国家重点研发计划项目（首席）、国家自然科学基金面上/青年项目等，发表SCI/EI论文70余篇、出版中英文专著3部。获机械工业科技进步特等奖（排3）、浙江省教学成果奖特等奖（排4）。

杨赓，浙江大学机械工程学院研究员，国家青年人才计划入选者，流体动力基础件与机电系统国家重点实验室固定成员，博士生导师。长期致力于机器人多模态感知、柔性传感、智能人机交互系统等研究工作。在 Nature Electronics、Advanced Intelligent System、Advanced Functional Materials等国际权威期刊发表论文80余篇，其中封面、扉页论文16篇，高被引论文3篇。入选全球前2%顶尖科学家榜单，现担任 IEEE RBME、IEEE JBHI、CJME、BDM等权威期刊编委(Associated Editor)。

刘庭煜，东南大学教授、博士生导师。长期从事工业人工智能及数字孪生研究，近年主持军科委前沿科技重大项目课题、国防基础科研重点项目课题等重大科技任务15项，经费超1500万。研发的总装智能车间数字孪生系统、制造过程危险状态特征识别系统等在中国电科、航天科工应用并支撑重大型号装备安全高效制造。项目创新成果发表于KBS、JMS等国际知名期刊。任数字孪生青年学者委员会主任、数字孪生国际顾问委员会顾问、CGS数字孪生专委会常务委员、CMES工业大数据分会和成组分会委员等。

陶永，北京航空航天大学机械学院研究员，博士生导师。机械工业服务机器人重点实验室主任。北航科研院文智处副处长。主要研究智能机器人“感知与决策”控制、协作机器人力位控制、工业机器人工艺学习与优化、航空装配机器人等。在期刊和国际会议上发表论文100余篇，其中SCI收录40余篇，已授权国家发明专利28项。出版专著3本。作为项目负责人正在牵头开展国家机器人重点研发计划“工业机器人工艺应用程序集成开发平台”项目、国家自然科学基金面上项目的攻关研究。获得机械工业科学技术奖一等奖等7项省部级奖励；现为全国机器人标准化技术委员会委员、中国机械工程学会机器人分会专家委委员等。

郑湃，香港理工大学长聘副教授、博士生导师，黄铁城【智能机器人】青年学者席，“香港理工大学-莱茵科斯特”智能制造联合实验室主任。主要研发兴趣包括：人机协作制造系统、智能产品服务系统、工业人工智能。入选2024年国际制造工程师协会 (SME) “杰出青年制造工程师”奖，2023年香港理工大学“青年创新研究者”奖，2022年百度全球AI华人青年学者榜单(AI+X) 50强。累计出版英文专著2部，发表SCI一区100余篇，WoS他引4800余次，ESI高被引论文11篇。IEEE/CMES高级会员、SME/ASME会员、CIRP青年会员，任Journal of Intelligent Manufacturing和Journal of Cleaner Production副主编，Journal of Manufacturing Systems和Advanced Engineering Informatics编委。

冷杰武，广东工业大学教授/博导、广东省计算机集成制造重点实验室副主任。入选Elsevier中国高被引学者，获得广东省杰出青年基金，担任IEEE TSMC-Systems、JIM、JEM、IET CIM、SREP等SCI期刊副编。研究产线变型设计与运行优化，主持国家重点研发课题、国防科工课题等项目，发表ESI高被引论文10余篇，获广东省与河南省技术发明一等奖各1项(序3)。

臧冀原，中国工程院战略咨询中心制造业研究室副主任，副研究员，国家智能制造专家委员会副秘书长，研究方向为制造强国、智能制造和产业集群。作为团队主要研究人员参与了我国智能制造理论体系构建、智能制造国家战略和政策建议提出，开展区域和企业实证研究。参与中央交办、工程院院重大、重点及其他咨询项目（课题）30余项，报告获得国家领导人、省部级批示多次，为我国以智能制造为主攻方向，推进新型工业化，提供决策参考。发表论文20余篇。

01

高速列车乘员二次碰撞损伤试验研究

引用格式:邓功勋, 许拓, 胡正晟, 彭勇. 高速列车乘员二次碰撞损伤试验研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 314-323.

论文摘要：

列车碰撞是我国伤亡最严重的重大列车安全事故之一，研建专业的列车乘员二次碰撞试验系统并开展列车乘员碰撞试验对科学再现乘员冲击动力学损伤响应、评估列车被动安全性具有重要意义。依托已有的轨道车辆实车碰撞试验系统，成功研建了列车乘员二次碰撞试验平台。基于50百分位Hybrid Ⅲ假人，开展了高速列车乘员二次碰撞试验，分析座椅靠背角度和可折叠小桌板对列车乘员碰撞损伤响应的影响。结果显示，在列车耐撞性标准规定的碰撞速度下，乘员头部加速度峰值最大为30g，但头部损伤准则(Head injury criteria,HIC)最大值只有17.38，头部损伤并不严重。打开小桌板时，乘员胸部损伤虽并不明显，但颈部撞击小桌板出现的“锁喉”现象可能会威胁乘员生命安全。试验数据可为我国高速列车内饰结构优化设计和列车内饰碰撞安全标准的制定提供重要数据参考。

阅读全文：

02

一种主观人因失效防范的核电建造协同质量智能见证方法

引用格式:周汶蓉, 熊世权, 杨秦秦, 叶驰川, 徐梦宇, 易茜, 冯毅雄, 易树平. 一种主观人因失效防范的核电建造协同质量智能见证方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 324-338.

论文摘要：

人因失效为造成核电事故的主要因素，在建造中因参与人员的主观行为意愿与质量管控规制发生冲突时会引发主观人因失效，为此基于主观人因失效控制结构提出一种智能质量见证方法来防范失效。在分析核电装备协同质量见证模式与主观人因失效问题基础上，基于系统理论事故模型和过程方法构建协同质量见证的主观人因失效防范安全控制结构，识别安全约束缺失导致的主观人因失效风险因素，并利用决策与试验评价实验室法计算关键风险因素影响作用，揭示主观人因失效事件防范的技术与管理屏障。通过物联信息感知与大数据技术的深度融合，设计主观人因失效防范的协同质量智能见证方法，给出其体系架构，展示了所开发的智能见证平台在中广核三澳核电项目土建工程中良好的应用效果。提出的协同质量智能见证方法可为以核电装备为代表的复杂产品主观人因失效防范提供参考和借鉴。

阅读全文：

03

基于人体肌肉激活疲劳模型的人机协作装配序列重规划研究

引用格式:姚碧涛, 向宇光, 徐文君, 叶勋, 周祖德, 王力翚. 基于人体肌肉激活疲劳模型的人机协作装配序列重规划研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 339-350.

论文摘要：

在人机协作装配过程中，长时间的重复性工作会导致人体出现肌肉疲劳，从而引起装配序列完成时间的波动，降低整体装配效率。因此，提升机器人对人当前疲劳状态的感知能力，实时评估装配任务中人的肌肉疲劳度，并对装配序列进行优化，对于提高装配效率和减轻人的工作负担具有重要意义。为此，基于人体肌肉激活疲劳模型，研究人机协作装配序列的重规划方法：首先，采集人在装配过程中的动作图像，并利用Open Pose提取动作数据，据此构建人的个性化骨骼肌模型；然后，使用OpenSim软件计算装配动作中的肌肉力变化，结合人体肌肉激活疲劳模型计算最受累肌肉执行装配动作时的疲劳指数，并利用实时获取的关节角变化数据，训练LSTM深度神经网络以快速通过实时关节角变化判断人的动作类别，从而可基于判断的动作类别实时得到人的动作疲劳指数；接下来，利用多目标遗传算法对总装配时间和总人体疲劳两个目标进行优化，并根据人体实时关节角得到人的动作类别以及对应动作的疲劳指数，当人体受累肌肉的疲劳积累时，基于实时监测的人的疲劳与动作耗时重新规划下一轮的装配序列，从而提高整体装配效率并减少人体疲劳。以人机协作装配齿轮减速箱为试验场景，开展了实时疲劳检测与装配序列重规划的试验。试验结果表明，所提出的方法能够识别人的肌肉疲劳，并有效重规划出能够减轻疲劳的装配序列，提升了人机协作装配效率并减轻了人体装配过程中的肌肉疲劳。

阅读全文：

04

复杂制造系统人机交互调度与案例研究

引用格式: 刘建军, 邱俊豪, 张忠明. 复杂制造系统人机交互调度与案例研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 351-371.

论文摘要：

制造系统正经历以客户为中心的柔性制造模式的深刻转变，逐步向多阶段集成化和分布式网络化扩展，存在复杂多维目标集成决策的现实化需求。传统的基于算法或机器智能的一体化调度方法在处理非线性约束及难以量化的复杂业务底线诉求时存在局限，且决策者难以预知和干预容易产生沉没成本。因此，提出复杂制造系统中的人机交互调度技术，旨在通过人机交互机制，实现决策者对优化方向的灵活调控，结合业务诉求与决策偏好对搜索解空间进行预优化并分割以提升求解效率，实现人机协同下的调度优化。针对具有集约生产与多样交付决策诉求的家电制造系统，设计了两级交互式调度方法，通过约束边界调整的方式平衡业务矛盾与体现决策者的偏好诉求，并构建了约束规划模型及不同目标导向的邻域结构。最后，利用某家电企业的历史案例数据进行验证，结果显示调度方案置信度高且获用户认可，证明了方法的有效性。

阅读全文：

05

具有多类别客户约束的多场地复杂装备MRO服务工人调度优化

引用格式:张丽科, 梁冲, 吴军伟, 李浩, 贺飞, 李鹏宇, 王昊琪, 文笑雨. 具有多类别客户约束的多场地复杂装备MRO服务工人调度优化[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 372-384.

论文摘要：

服务工人作为企业执行MRO(Maintenance,repair and overhaul)服务的核心资源，其调度方案的优劣直接决定了MRO服务的运营效率和成本高低。当前，随着MRO客户需求的个性化与差异化，以及需求场点的高度分散性，以往的调度理论表现出明显的局限性，亟需开展针对性的调度决策理论研究。为此，提出一个涉及多类别客户约束的多场点复杂装备MRO服务工人调度问题。在该问题中，根据客户的质保属性和认可度，将客户划分为三类：质保期内的保内客户、质保期外且具有一定认可度的一般客户，以及无容忍度的临时客户。并以最大化服务总收益和最小化最大完工时间为优化目标构建了其数学模型。其次，基于NSGA-Ⅱ提出一个改进算法——MNSGA来求解问题。为了优化算法性能，设计了基于问题特性的初始化规则和局部搜索算子。最后，基于测试集和实际数据构建多组不同规模的算例，并设计了一系列试验。数值试验结果显示，所提算子能有效提高MNSGA性能。与其他知名算法对比，验证了MNSGA的有效性和竞争力。

阅读全文：

06

面向工业元宇宙的人本智造系统数字孪生建模与分布式虚拟协作方法

引用格式:黄思翰, 彭志诚, 朱启章, 王柏村, 张明睿, 马妮, 冷杰武, 郑湃, 敬石开, 王国新, 阎艳. 面向工业元宇宙的人本智造系统数字孪生建模与分布式虚拟协作方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 385-398.

论文摘要：

工业元宇宙是元宇宙技术在工业领域的垂直应用，重塑了工业领域生产制造模式与工业生态。随着工业5.0的兴起，以人为本的智能制造(人本智造)理念逐渐引起关注。围绕人本智造系统的工业元宇宙开发，实现了两大新兴理念的深度融合，并展现出巨大的研究价值与潜力。提出面向工业元宇宙的人本智造系统数字孪生建模与分布式虚拟协作方法，旨在解决工业元宇宙的人的数字孪生模型快速定制以及多人在虚拟制造场景高效协作的难题。建立基于元模型的人的数字孪生快速定制方法，借助机器视觉实现人与数字孪生模型的虚实映射与动态交互，融合制造系统生产要素模型奠定工业元宇宙的模型基础。提出面向元宇宙空间的多人协作方法，建立服务器-客户端分布式接入框架，实现多人的数字孪生集成与交互，为多人异地、实时在线的虚拟制造场景高效协作提供支撑。通过人本智造系统的双人协同上下料场景验证该方法的有效性。

阅读全文：

07

基于人在回路的大型星载平面天线形面精度调控

引用格式: 赵强强, 刘世伟, 姜冬磊, 余德文, 李明, 陈飞飞, 郭俊康, 王柏村, 张进华, 洪军. 基于人在回路的大型星载平面天线形面精度调控[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 399-416.

论文摘要：

对于大型星载平面天线而言，其形面精度决定着电性能，如何快速精准调控形面精度是其生产制造中的关键难题。为此，提出一种全新的基于人在回路的大型星载平面天线形面精度优化调控方法，将专家的现场反馈作用与前期工程经验融入到天线形面精度优化调控当中，在提升调控效率的同时实现形面精度最优。首先，构建了基于专家信念增强的人类知识数学表征模型与偏好学习模型。在传统贝叶斯优化的基础上，将专家知识有机地衔接到贝叶斯优化过程当中，从而构建了人在回路的贝叶斯优化模型，让专家的现场反馈作用无缝融入优化过程。然后，基于人在回路的贝叶斯优化算法，以形面精度最小为目标函数，以杆长调整尺寸为优化变量，整合工艺人员经验进行大型星载平面天线的形面精度调控。最后，利用数值案例分析与天线缩比样机实际装调试验对所提方法进行验证。结果表明所提方法能够明显加速优化收敛速度，大幅提升形面精度与调控效率。

阅读全文：

08

基于改进NSGA-Ⅱ算法的多阶段混合流水装配车间工人分配方法

引用格式:杨震, 高丰, 刘检华, 孟昭旭, 沙金龙, 庄存波. 基于改进NSGA-Ⅱ算法的多阶段混合流水装配车间工人分配方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 417-440.

论文摘要：

当前手工装配车间工人分配多依赖管理者经验，易致排产效率低、工人忙闲不均。为此，研究考虑工人技能类型、技能水平、年龄大小等多人力因素的多阶段混合流水车间工人分配问题至关重要。针对该问题，建立以最小化订单完工时间和工人负载均衡为目标的调度优化模型，提出改进NSGA-Ⅱ算法。为实现不同阶段工人编码，设计一种多层染色体结构编码方法。考虑工人技能类型的影响，设计一种染色体交叉变异方法。为避免算法陷入局部最优解，设计一种基于变异方法的局部搜索策略。以某士兵装备生产车间为例，设计32个测试案例进行算法对比试验。结果表明该算法在稳定性、收敛性和解的质量方面优于其他六种算法。为解决多阶段混合流水车间工人分配问题提供了新方法。

阅读全文：

09

面向飞机驾驶舱面板操纵引导的多指动态位姿追踪与操作空间映射方法

引用格式: 申慧敏, 丁金涛, 沈梦若, 雷勇. 面向飞机驾驶舱面板操纵引导的多指动态位姿追踪与操作空间映射方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 441-452.

论文摘要：

随着工业5.0时代的到来，智能制造对人机协同提出了更高的要求。特别是在飞机总装测试过程中，驾驶舱面板的操作极为复杂，操作员需根据测试要求准确操作数百个按键和旋钮，极易因误操作而影响测试效率和飞机安全性。为解决该问题，提出一种基于磁-惯性传感信息融合的多指动态位姿追踪与操作空间映射方法。基于手部指骨生理约束，建立工作手指的D-H运动学模型；利用结构化磁场标记技术获取手部的基坐标空间位姿信息；通过磁-惯性传感信息融合，结合手指运动学模型和空间映射方法，实现作业指尖运动向操纵面板空间映射，可用于操作识别和判定。面向模拟操作面板开展了应用试验，包括按键顺序操作和旋钮操作识别，结果显示按键操作指尖平均定位误差±方差分布在[1.64, 3.73]±[0.44, 0.82] mm，旋钮旋转操作转角识别平均误差±方差分布在[2.11, 2.42]±[0.71, 1.00]°。验证所提出方法应用于驾驶舱面板精细操纵的有效性和适用性。

阅读全文：

责任编辑：杜蔚杰

责任校对：张 强

审 核：张 彤

JME学院简介

JME学院是由《机械工程学报》编辑部2018年创建，以关注、陪伴青年学者成长为宗旨，努力探索学术传播服务新模式。首任院长是中国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。

欢迎各位老师扫码添加小助理-暖暖为好友，由小助理拉入JME学院官方群！

欢迎关注JME学院视频号~

寻觅合作伙伴

有一种合作叫做真诚，有一种发展可以无限，有一种伙伴可以互利共赢，愿我们合作起来流连忘返，发展起来前景可观。关于论文推荐、团队介绍、图书出版、学术直播、招聘信息、会议推广等，请与我们联系。

感谢关注我们！我们《机械工程学报》编辑部将努力为您打造一个有态度、有深度、有温度的学术媒体！

版权声明：

本文为《机械工程学报》编辑部原创内容，欢迎转载，请联系授权！

在公众号后台留言需要转载的文章题目及要转载的公众号ID以获取授权!

微信投稿、转载等：

联系人：暖暖

电话：010-88379909

E-mail：jme@cmes.org

网 址：http://www.cjmenet.com.cn

官方微信号：jmewechat