9月30日:《机械工程学报》2022年第18期最受关注论文推荐

时间:2023-10-01 来源:首页/沐鸣2注册/登陆平台

  认为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,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。

  大连理工大学机械工程学院宋学官等认为新一代智能制造中始终坚持以人为本的理念,其目的是要服务与满足人们的美好生活需求。人体数字孪生作为实现人机交互、健康监测的一种有效手段,通过由物理空间至虚拟空间的动态映射,实现在生产制造活动中人-机-环境的闭环交互。本文通过分析人-机-环境融合下的人体骨骼数字孪生的构建难点,基于机理模型、人工智能算法、数据填充技术、反向运动学技术四种关键技术,提出一种面向人体骨骼的数字孪生框架;并以人体腰椎为典型案例,实现了生产过程中人体腰椎力学性能的实时监测,从而验证了所提出框架和技术路线的可行性;最后,讨论“人本智造”下的人体数字孪生的难点和未来发展方向。面向复杂的人机交互环境,实现数字孪生的远距离感知、自主学习以及智能反馈是“人本智造”背景下的必经之路。基于“以人为本”的发展理念,在生产活动中提高人体数字孪生的进一步应用,从而促进智能制造的发展和完善。

  东华大学机械工程学院鲍劲松等认为数字孪生正在制造系统中发挥重要作用,然而在面向人机协助完成的复杂制造场景中,人-机-环境及其构成的数字孪生系统呈现出任务异构复杂、环境动态多变及其交互实时等特点。目前欠缺人-机-环境共融的数字孪生协同过程中智能方法相关研究,尤其是数字孪生模型在协同中的迁移和强化,以满足制造系统的鲁棒性和自适应能力。提出面向人-机-环境共融的数字孪生协同技术,从环境和任务两个核心来展开数字孪生协同的人机共融科学问题。首先给出协作装配环境的数字孪生体系,以虚拟装配的形式为人-机-任务交互提供理解;建立相应的空间模型与协同模型,为共融的孪生协同提供理论支持;最后,以最典型的人机共融制造场景(装配任务)为案例,在决策层基于迁移学习算法为机器人提供装配操作指引,同时通过强化学习算法优化机器人的具体执行动作。在不同型号产品的人机协同装配任务中,均可以生成相应的人机协作装配规划方案,证明了所提方法的可行性。

  北京理工大学机械与车辆学院庄存波等指出,工业4.0诞生以来,强化了数字化、数据驱动和互联的工业所带来的高度变革性影响。但是工业4.0没有强调工业在全球范围内为人类提供长期服务的重要性,也没有很好解决如何利用技术创新来促进工业与社会之间的协作和“双赢”互动等问题。工业5.0系统地提出将劳动者作为工业生产的核心,从而实现就业和增长之外的社会目标,稳健地提供繁荣。但是,工业5.0作为对工业未来发展的再思考,目前其研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏系统性。首先回顾工业5.0的产生背景,分析工业5.0与工业4.0的区别,总结工业5.0以人为中心、可持续性、韧性和智慧性等四个主要特征。在此基础上对工业5.0的内涵进行系统阐述,并探讨工业5.0与社会5.0概念的关系。建立工业5.0的三维体系架构,给出工业5.0的使能技术体系和工业5.0的实现路径,指出工业4.0使得数据成为企业生产要素组成部分中非常重要的一环,促进了数字经济的快速发展,而工业5.0将推动知识成为企业生产要素的重要组成部分并发挥重要作用,并推动知识经济快速发展。

  浙江大学流体传动与机电系统国家重点实验室杨赓等指出,随着人-信息-物理系统(Human-cyber-physical systems, HCPS)的发展与演进,人机关系由人机共存、人机交互、人机合作逐渐发展到人机协作。与此同时,数字孪生等新兴使能技术的涌现推动人类生产生活的数字化、网络化和智能化发展,增强了人机协作的状态感知、认知分析和控制决策等能力,为面向人本智造的人机协作范式转变提供了支撑。基于HCPS理论,提出数字孪生驱动的智能人机协作的基本概念,通过对人机关系演变和人机协作定义进行探讨,阐明在HCPS语义下数字孪生驱动的智能人机协作具体内涵。针对目前人机协作模式中存在的问题,提出数字孪生驱动的智能人机协作框架体系,从人机物理实体、人机数字模型、连接与交互、智能协作决策服务四个主要组成部分进行阐述。在此基础上,围绕传感与集成、计算与分析、控制与执行三个方面分析智能人机协作的共性使能技术,包括可穿戴技术、柔性传感、人工智能、外骨骼等。讨论数字孪生驱动的智能人机协作在工业生产、建筑修造、医疗健康和人因工程等领域的典型应用,以期为推动人机协作范式转变、促进人机协作可持续发展提供参考。

  北京航空航天大学机械工程及自动化学院陶永等认为随着服务机器人的快速发展,其在医疗康复、教育娱乐、家政服务、抢险救灾、公众服务、商业应用、国防等涉及经济和社会发展的各个领域取得快速的发展,并得到了越来越多的应用,世界各国高度重视服务机器人的发展,将其作为战略性新兴产业给予重点支持,具有极其重要的战略意义。介绍服务机器人的产业链及相关国际组织,阐述以美国、欧盟和日韩等发达国家为代表世界各国提出的服务机器人发展战略和规划,分析服务机器人快速发展的驱动力及特点,介绍了国内外领先的服务机器人研究机构和相关公司,并深入分析国外和国内服务机器人产业发展规模情况。在分析国内外服务机器人发展现状的基础上,重点阐述医疗健康机器人、家庭服务机器人、公众服务机器人、高端仿生机器人、自动化仓储物流机器人和特种机器人的现状与进展情况;分析服务机器人的环境感知和运动控制、核心零部件、人机交互、操作系统等核心技术,介绍了服务机器人与AI、大数据、云计算等前沿技术的交叉融合发展;提出我国服务机器人产业发展的若干思考和建议。希望能够在把握国内外服务机器人技术研究进展和前沿动态的同时,为发展我国服务机器人技术与产业发展提供相关参考与建议。

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