工業(yè)5.0的發(fā)展將打造全新的制造現場(chǎng)，人與機器的關(guān)系也將進(jìn)化到“融合”的新階段。當前，以人為本、以人為中心的人機融合制造已初見(jiàn)端倪，美、日、中和歐洲必定圍繞相關(guān)技術(shù)研發(fā)和應用場(chǎng)景系統開(kāi)發(fā)展開(kāi)激烈競爭，并主導工業(yè)5.0框架下人機融合制造的技術(shù)路線(xiàn)、技術(shù)標準和商業(yè)模式。

不同于以往的新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革

與以往的技術(shù)浪潮和產(chǎn)業(yè)革命追求高效率、高產(chǎn)值和低成本存在明顯區別的是，當前，各國在制定應對新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰略和政策時(shí)，不約而同地突出“人”的核心價(jià)值。一方面，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級的目標是人的生活更美好，而不是單純追求效益和效率提高；另一方面，技術(shù)的使用尊重人的動(dòng)作習慣、滿(mǎn)足人的發(fā)展需求、降低人的腦力體力支出，在生產(chǎn)過(guò)程中形成更加和諧的人機關(guān)系。作為著(zhù)名“無(wú)盡前沿法案”的替代和延續，“2021年美國創(chuàng )新與競爭法案”同時(shí)提到加強人機交互和機器自動(dòng)化的技術(shù)研發(fā)和應用，改善以工業(yè)為重點(diǎn)的工作環(huán)境。歐洲國家有注重人性釋放的傳統，歐盟2020年版本的“地平線(xiàn)計劃”特別重視利用新技術(shù)改善人的發(fā)展環(huán)境，創(chuàng )建具有創(chuàng )造力和文化包容性的社會(huì )，而工業(yè)要提供更加人性化的工作崗位。日本文部科學(xué)省發(fā)布的《2020科學(xué)技術(shù)白皮書(shū)》將“社會(huì )5.0”描繪為一個(gè)以人為本的智慧社會(huì )，并提出了2040年可以實(shí)現的37項新技術(shù)，其中多項是與人在新科技環(huán)境下的發(fā)展，以及與人機交互、人機融合相關(guān)的，包括增強虛擬現實(shí)、存檔工匠技術(shù)的農業(yè)機器人、實(shí)時(shí)翻譯所有語(yǔ)言系統、語(yǔ)言表達回話(huà)裝置、記錄和分享個(gè)人感覺(jué)的裝置、學(xué)習工匠技巧的人工智能系統。

工業(yè)和制造工廠(chǎng)一直是新技術(shù)、新工藝的試驗地和應用場(chǎng)所。從英國工業(yè)革命開(kāi)始，制造現場(chǎng)已經(jīng)經(jīng)歷若干次巨大變化，使用蒸汽機的手工作坊、使用大型機械的冶金車(chē)間、電氣化的裝配線(xiàn)、勞動(dòng)密集的加工工廠(chǎng)、高度自動(dòng)化的流水線(xiàn)等是不同時(shí)代工業(yè)的代表。最近二三十年，在技術(shù)推動(dòng)下，這種變化更是加速發(fā)生。但現代化的工廠(chǎng)仍然是以冷冰冰的機器為主：大量固定的工業(yè)裝置整齊排列在流水線(xiàn)兩側，以標準化的流程和動(dòng)作完成工作；不時(shí)閃爍的黃燈或紅燈是機器向人類(lèi)的求助信號，但在機器完全停止運轉前，工人和工程師禁止進(jìn)入圍欄和警戒線(xiàn)內。人與機器在不同崗位上工作，沒(méi)有實(shí)現深度融合下的交流與合作。

工業(yè)5.0體系亟需形成一種全新的人機關(guān)系，不僅要突破機器自身的局限，更要使人處于工業(yè)5.0新制造現場(chǎng)的核心地位，機器配合人的習慣和節奏，在動(dòng)作上保護人的安全、在思想上服從人的指揮，成為人忠誠和得力的幫手和從屬。這種新的人機關(guān)系繼續發(fā)揮機器在力量、精細化、穩定性和無(wú)懼惡劣環(huán)境等方面的優(yōu)勢，但更突出人在生產(chǎn)中的絕對主導地位，并形成更加人性化的工業(yè)就業(yè)模式和工作環(huán)境。包括機器人在內的各種工業(yè)機器將更類(lèi)似于人人都能便捷使用的“智能手機”，而不是需要專(zhuān)門(mén)學(xué)習才能安全有效操作的“高級裝置”。

人機關(guān)系的演進(jìn)：從沖突到融合

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步、制度的完善，以及工業(yè)從業(yè)人員（特別是普通工人）的狀況越來(lái)越被重視，工業(yè)生產(chǎn)中人與機器的關(guān)系從工業(yè)革命初期的對立和沖突，逐漸磨合演變?yōu)榛パa和協(xié)作。這一過(guò)程絕非簡(jiǎn)單的“機器換人”，而是反映了不同歷史時(shí)期、不同技術(shù)條件下，工業(yè)發(fā)展目標、經(jīng)濟屬性、技術(shù)路線(xiàn)和價(jià)值創(chuàng )造方式不斷向著(zhù)更符合人的利益的方向發(fā)展（見(jiàn)表1）。在數字化時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)中人與機器的關(guān)系不盡如人意，這是工業(yè)就業(yè)吸引力下降進(jìn)而引發(fā)工業(yè)價(jià)值創(chuàng )造能力下降、要素配置扭曲的重要原因。構建更符合時(shí)代特征的人機關(guān)系，是破解工業(yè)發(fā)展困境，實(shí)現轉型的必然要求，也是“工業(yè)5.0”在人機關(guān)系上的具體表現。

表1 制造業(yè)人機關(guān)系的演變

在工業(yè)革命初期，機器的出現大幅地提高了生產(chǎn)率，但這并沒(méi)有改善勞動(dòng)者的狀況，甚至還使得底層人民的生活更糟糕。圈地運動(dòng)將勞動(dòng)者從農村趕到城市，失去土地的農民不得不進(jìn)入工廠(chǎng)。十八世紀末到十九世紀初，高強度的工作使得英國工廠(chǎng)勞工的平均壽命比同期鄉村人口低了近20歲，機械工的平均壽命一度不足20歲。工業(yè)化和制造工廠(chǎng)沒(méi)有給勞動(dòng)人民帶來(lái)福祉，反而是剝奪其生產(chǎn)資料、縮短其壽命，機器對工人造成的傷害巨大，人與機器之間是激烈的“沖突”關(guān)系。

二十世紀初，第二次工業(yè)革命將工業(yè)的生產(chǎn)率提高到新的高度，但機器繼續對工人造成身心上的傷害。機器變得更加復雜，同時(shí)也更加危險，工廠(chǎng)瘋狂追逐規模化和高利潤，安全事故猶如家常便飯。1919年，美國波士頓一家糖廠(chǎng)儲糖罐爆炸，21條生命在糖漿中窒息身亡。工業(yè)化起步更晚的中國，直到上世紀九十年代，浙江樂(lè )清每年會(huì )有約5萬(wàn)根手指頭斷送在沖壓機上。當然也必須肯定，機器在上個(gè)世紀大幅降低了工人的勞動(dòng)強度，明顯減少了工人的體力消耗，人與機器緩慢“磨合”尋求更和諧的關(guān)系。

從上世紀五六十年代開(kāi)始，相對和平的環(huán)境加快了工業(yè)的發(fā)展，在技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，工業(yè)迎來(lái)管理方法和規章制度的大改革。機器對工人的保護得到加強，機器造成的傷害事故在發(fā)達國家迅速減少，發(fā)展中國家也開(kāi)始加速工業(yè)化并融入全球分工體系。與此同時(shí)，得益于先進(jìn)機器的使用，出現更多的高收入崗位，人與機器的關(guān)系得以緩和，呈現互補的特征。

到八十年代以后，工業(yè)機器人開(kāi)始大規模應用于制造業(yè)，信息技術(shù)的進(jìn)步還促進(jìn)了包括機器人在內的各種工業(yè)機器的數控化，機器的操作更加人性化，也更安全可靠。同時(shí)，機器的標準化程度大幅提高，這使得多臺機器共同工作成為可能，大大提高了制造工廠(chǎng)的柔性化程度，人與機器逐步形成“協(xié)同”關(guān)系。但是，這種協(xié)同是有條件和局限的：人必須通過(guò)培訓才能用計算機語(yǔ)言操作機器，這通常需要大量人力資源投入；更大力量、更快速度的機器變得更加危險，工廠(chǎng)必須執行極端嚴格的規章制度，將機器隔離在圍擋以?xún)龋伺c機器的協(xié)作只能發(fā)生在不同工序上。

進(jìn)入新世紀后，工業(yè)啟動(dòng)新一輪的以數字化、綠色化為特征的變革，這對人與機器的關(guān)系提出了更高的要求。機器一方面需要更“像人”，具備和人類(lèi)勞動(dòng)者相似的學(xué)習能力，實(shí)現高度的柔性化；另一方面需要更好地“服務(wù)人”，工人必須是未來(lái)新制造場(chǎng)景的核心，機器的運轉完全服從人的意志，配合人的習慣。借助新的技術(shù)和工藝，機器至少需要在三個(gè)方面發(fā)生明顯變化才能實(shí)現人機深度融合：一是人類(lèi)自然語(yǔ)言替代計算機語(yǔ)言成為人機交互的媒介；二是機器更加安全，能夠實(shí)現人與機器同空間同平臺協(xié)作，肢體上的觸碰不會(huì )造成傷害；三是機器更加柔性和智能，能夠與工人共同學(xué)習，并迅速發(fā)展出新的生產(chǎn)能力。一旦完成上述三個(gè)變化，就能夠形成“工業(yè)5.0”描繪的人與機器深度融合的全新制造現場(chǎng)。

人機融合的關(guān)鍵：識別、避讓、移動(dòng)和同步

2019年1月，在美國拉斯維加斯舉辦的國際消費電子展上，歐姆龍集團展示了其對未來(lái)制造的設想——“近未來(lái)制造現場(chǎng)”。兩年后的2021年中國國際進(jìn)口博覽會(huì )上，歐姆龍展完善了“突破性的”“近未來(lái)制造現場(chǎng)”，這是該公司在2015年提出“i-Automation”人機融合生產(chǎn)現場(chǎng)解決方案后在實(shí)踐上的一次重大進(jìn)步，并首次向公眾展示一套完整人機融合制造系統。“i-Automation”整合了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數據分析等新一代信息技術(shù)，使用協(xié)作機器人與移動(dòng)操縱機器人應用（Mo MA），機器成為人類(lèi)的助手，與工人在同一平臺、同一空間互補與協(xié)助，實(shí)現柔性、高效、靈活的生產(chǎn)。“i-Automation”給參觀(guān)者最大的沖擊是：在一個(gè)人機共享的生產(chǎn)空間，機器人通過(guò)視覺(jué)系統感知人的動(dòng)作，判斷人的熟練程度，并據此調整自己的速度，工人熟練度低時(shí)設備速度就會(huì )慢一點(diǎn)，等工人熟練度提升后，速度就會(huì )快起來(lái)。在展會(huì )現場(chǎng)，參觀(guān)者不需要學(xué)習任何計算機語(yǔ)言就可以直接向系統發(fā)出指令以完成一件產(chǎn)品的制造。雖然離真正的產(chǎn)業(yè)應用還有一段距離，但“i-Automation”已經(jīng)勾勒出未來(lái)人機融合制造現場(chǎng)的基本輪廓。

要形成高度融合的人機關(guān)系，依靠現在的工業(yè)機器顯然是不行的。國際機器人聯(lián)盟（IFR）根據協(xié)作層次以及對內部安全特征和外部傳感器的要求，將協(xié)作機器人分為隔離操作、共存操作、序列協(xié)作、同平臺合作、響應性協(xié)作五個(gè)級別，工業(yè)機器要實(shí)現從與工人的隔離操作向最高級別的響應性操作躍升，必須突破識別、避讓、移動(dòng)和同步四個(gè)關(guān)鍵性難點(diǎn)。

識別是要實(shí)現人與機器之間無(wú)障礙的交流。新一代的協(xié)作機器人都配置視覺(jué)軟件和高清相機，可以捕捉人類(lèi)伙伴的動(dòng)作和表情，從而能夠直接理解人的指令，主動(dòng)配合人的習慣和節奏。過(guò)去工業(yè)機器人的視覺(jué)技術(shù)主要應用于工作對象，幫助機器更好地抓取和應對不規則無(wú)規律的情況，而現在則要涵蓋對人類(lèi)的動(dòng)作、表情和潛在危險行為的捕捉。人工智能賦能下的語(yǔ)音識別、圖像識別能夠幫助機器更快地掌握人直接或間接發(fā)出的指令，煩瑣復雜的、使用機器語(yǔ)言的人機界面將逐漸成為一種輔助性的交流方式。同時(shí)，混合顯示技術(shù)將成為可視化的升級換代，工人能夠更加直觀(guān)、全面和準確地掌握機器的運轉情況和其向人類(lèi)傳遞的其他信息。例如，德國蒂森克虜伯的裝備制造工廠(chǎng)在車(chē)間和維修現場(chǎng)使用增強現實(shí)顯示的智能眼鏡，用以輔助工人更好地識別工序信息。

避讓是人機融合的安全保障。目前，很多機器人廠(chǎng)商都將機器與人共享工作空間作為技術(shù)研發(fā)的重要方向。通過(guò)圖像、聲音、溫度傳感器，以及更高精度的伺服電機和更加柔軟的外觀(guān)設計，機器的運轉對人身安全的潛在傷害將降到最低。未來(lái)制造現場(chǎng)的一個(gè)突出變化就是各種工業(yè)機器的圍擋被拆除，人與機器可以在同一工作空間深度合作。歐姆龍TM協(xié)作機器人的用戶(hù)可以在可視化界面中迅速勾選相應的風(fēng)險部位，機器人便會(huì )自動(dòng)調整，設置安全的速度和力量極限，簡(jiǎn)單的設置省去了用戶(hù)對機器人安全性能各項參數的仔細研讀以及相關(guān)知識的學(xué)習。

移動(dòng)是要實(shí)現機器能夠像人一樣自主轉換位置，甚至能自主進(jìn)行鏈接和重新組合。以往的機器都在固定工位上工作，機器設備的移動(dòng)耗時(shí)長(cháng)、成本高，且存在一定風(fēng)險。要讓機器真正融入到以人為中心的制造中，機器就必須具備和人一樣的可移動(dòng)性。在“移動(dòng)”的基礎上，工業(yè)機器可以進(jìn)行快速安全的自動(dòng)換裝，不同位置的機器人還可以根據生產(chǎn)的需要相互支持和支援，這特別適合少量多樣的訂單需求。目前，很多工業(yè)裝備企業(yè)都在開(kāi)發(fā)通用型的移動(dòng)平臺，將傳統機器人與通用移動(dòng)平臺鏈接就能實(shí)現機器的自主移動(dòng)，這使得各種機器裝備能夠迅速脫離當前崗位，前往任何需要的位置，并重新接入生產(chǎn)系統。例如，歐姆龍的Mo MA、ABB的ASTI均是機器人可移動(dòng)系統的代表，目標就是突破機器的空間限制，根據不同的工位產(chǎn)能效率靈活地設計布置工藝流程，使得整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)的效率和柔性化程度大大提升。

同步是要實(shí)現人與機器在感知和決策上的同步，并進(jìn)行共同學(xué)習。在面臨新的任務(wù)和工作時(shí)，機器會(huì )事先為人提供一個(gè)由人工智能生成的操作流程，標注需要注意的重點(diǎn)事宜，工人以此為基礎進(jìn)行優(yōu)化。在協(xié)作過(guò)程中，人與機器能夠不斷共同改進(jìn)，共同提高生產(chǎn)效率。歐姆龍TM等高端協(xié)作機器人都具備配合不同工人調節自己速度的功能，日本川崎重工推出的繼承者協(xié)作機器人還可以總結不同操作人員的習慣，并選擇其中最優(yōu)的向其他人進(jìn)行技能傳達。要實(shí)現真正意義上的人機同步，腦機鏈接必不可少。無(wú)論是通過(guò)哪種方式實(shí)現人腦與機器的聯(lián)通，都既要突破技術(shù)難關(guān)，還要有制度上的保障。

人機融合優(yōu)劣勢：中國與美、日、歐的對比

美國、日本、中國與歐洲在人機融合上各具優(yōu)勢（見(jiàn)表2）。美國在腦機鏈接、機器鏈接上有絕對領(lǐng)先的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，在軍事和醫學(xué)上已經(jīng)有較為成熟的應用。例如，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )治療癲癇、帕金森、阿茲海默綜合癥等腦疾病，以及戰場(chǎng)上人與武器裝備同步感知等方面，美國都有先人一步的布局，但在制造業(yè)的人機融合方面，美國由于缺少實(shí)際的場(chǎng)景推進(jìn)較慢。日本將傳感、人工智能、加工精度上的優(yōu)勢相結合，在人機融合制造的系統應用上形成了明顯的優(yōu)勢。日本制造企業(yè)有不斷提高生產(chǎn)效率和追求更精細化制造現場(chǎng)的傳統，這促進(jìn)了人機融合制造的實(shí)際運用。歐洲是高端工業(yè)裝備的重要生產(chǎn)地區，在很多協(xié)作機器人細分領(lǐng)域長(cháng)期保持世界第一的市場(chǎng)地位。中國是人機融合制造的積極參與者，已經(jīng)具備世界一流的人工智能、制造業(yè)數字化場(chǎng)景創(chuàng )新能力，但受傳統短板的限制，表現為規模巨大、場(chǎng)景多但技術(shù)處于中流水平的發(fā)展特點(diǎn)。

表2 美、日、中、歐洲人機融合制造的代表企業(yè)和優(yōu)劣勢

總體上看，無(wú)論是人與機器深度融合的關(guān)系，還是新的制造業(yè)現場(chǎng)，都還處于探索之中，尚沒(méi)有形成成熟的模式。然而，可以肯定的是，人機融合制造將成為“工業(yè)5.0”的重要特征，是未來(lái)制造現場(chǎng)人與機器和諧共存的方式。美國、日本、中國以及歐洲在人機融合的技術(shù)研發(fā)、場(chǎng)景創(chuàng )新和模式探索上領(lǐng)先于其他國家和地區，這四個(gè)國家和地區必定在制造業(yè)人機融合的各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)環(huán)節展開(kāi)激烈競爭。

人機融合開(kāi)啟工業(yè)發(fā)展新局面

人機融合的根本目的是讓工業(yè)變得更加“人性”，是對工業(yè)機器研發(fā)、設計、使用思路的一次重大調整。在過(guò)去，工業(yè)發(fā)展對利潤的追求遠遠高于對人性的尊重，在工業(yè)化早期和中期對工人的身心造成傷害，而在工業(yè)化的中后期和后工業(yè)化社會(huì )表現為工業(yè)就業(yè)吸引力的下降。人機融合就是要重塑工業(yè)部門(mén)中人與機器的關(guān)系，不僅要發(fā)揮出機器的優(yōu)勢，更要實(shí)現人的發(fā)展。工業(yè)領(lǐng)域人機融合的發(fā)展需要完善的制度保障，要通過(guò)加強勞動(dòng)保護，以及制定規范使用機器的標準，保障人在未來(lái)制造現場(chǎng)的中心地位——人不能依附于機器，機器承擔更多、更繁重的工作，但只能是人的幫手。目前，美國、日本、韓國和歐盟都在資助有關(guān)機器與人倫理關(guān)系的軟科學(xué)研究，中國在這方面的研究相對滯后。應當讓更多經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)、社會(huì )學(xué)、法律學(xué)、文化學(xué)的研究人員參與到人機融合的相關(guān)課題中，同步推進(jìn)工業(yè)人機融合的技術(shù)研發(fā)和制度建設。

工業(yè)行業(yè)之間因技術(shù)特征差異大，人機融合會(huì )有不同的實(shí)現路徑。在達到人機融合制造最終理想狀態(tài)之前，不同制造業(yè)部門(mén)因為技術(shù)特征不同，可能出現多種演進(jìn)路徑。以歐姆龍TM機器人和可移動(dòng)Mo MA系統為代表，目前大多數協(xié)作機器人和人機融合制造系統更適合勞動(dòng)密集型較高的加工制造業(yè)，例如服裝業(yè)、電子信息的裝配環(huán)節等，而對于其他工業(yè)部門(mén)則需要另外設計技術(shù)路線(xiàn)和創(chuàng )新應用場(chǎng)景。例如，對于化工、冶金等流程類(lèi)行業(yè)，人機融合制造的關(guān)鍵在于根據訂單調節產(chǎn)量和產(chǎn)品結構，實(shí)現最大程度的循環(huán)經(jīng)濟降低物耗能耗，以及以機器協(xié)助工程師對生產(chǎn)流程進(jìn)行無(wú)縫隙監管，防止安全事故的發(fā)生，降低產(chǎn)品殘次比例。對于大飛機、高鐵機車(chē)、工程機械等復雜產(chǎn)品系統，人機融合制造應該更強調機器的可移動(dòng)性，機器能夠跟隨工人并隨時(shí)提供體力上的輔助，完成自動(dòng)備料、提供各種參數信息等任務(wù)，并發(fā)現和糾正工人可能出現的操作錯誤。對于汽車(chē)、家電等標準化程度高的模塊化產(chǎn)業(yè)，更適合發(fā)展能夠人機合作自主構建產(chǎn)線(xiàn)的智能化工廠(chǎng)，形成更加柔性化的大規模定制生產(chǎn)系統。對于生物醫藥、集成電路、采掘等需要高度潔凈或面臨極端惡劣環(huán)境的產(chǎn)業(yè)，應當更加注重人機遠程融合，讓工人能夠遠離作業(yè)現場(chǎng)。

人機融合制造發(fā)展的一個(gè)潛在影響是重新激發(fā)工業(yè)的就業(yè)吸引力。無(wú)論是在發(fā)達國家，還是在發(fā)展中國家，工業(yè)對年輕人就業(yè)的吸引力都在降低。工資水平較低只是一方面的原因，工業(yè)就業(yè)崗位紀律嚴苛、時(shí)間固定，工業(yè)園區遠離生活方便的市區等都是造成工業(yè)就業(yè)不足的原因。在中國的大中城市，年輕人寧肯跑快遞也不進(jìn)工廠(chǎng)。人機融合制造能夠徹底改變工業(yè)的工作狀態(tài)，一方面，人機融合顯著(zhù)改善工作環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而提高工資水平。另一方面，人機融合能夠促使在工業(yè)行業(yè)的非全日制就業(yè)、臨時(shí)就業(yè)、自營(yíng)就業(yè)、遠程就業(yè)、自由就業(yè)、兼職就業(yè)等就業(yè)新模式成為可能。這些變化將使工業(yè)的就業(yè)更加類(lèi)似于年輕人所偏好的服務(wù)業(yè)，由此會(huì )減少對工業(yè)就業(yè)的偏見(jiàn)，進(jìn)而在一定程度上改變工業(yè)勞動(dòng)力市場(chǎng)的供需不平衡。

人機融合是工業(yè)5.0和未來(lái)制造場(chǎng)景的一個(gè)特征，與其他智能制造和相關(guān)新技術(shù)、新工藝的發(fā)展是相輔相成的。例如，柔性制造和定制制造要求工業(yè)機器具備極高的柔性化可重構能力，這與人機融合制造的發(fā)展方向是一致的；黑燈工廠(chǎng)、無(wú)人工廠(chǎng)并不是完全不需要人的參與，而是通過(guò)信息技術(shù)實(shí)現了工人和工程師非線(xiàn)下、非現場(chǎng)工作，這符合人機融合發(fā)展的理念；用戶(hù)參與制造將人機融合的范疇從工業(yè)從業(yè)人員擴展到工業(yè)產(chǎn)品的使用者，是更加廣義的人機融合；近年來(lái)提出的太空制造概念極具科幻色彩，太空惡劣、復雜、多變的環(huán)境更需要人與機器的深度協(xié)作。

鄧洲.實(shí)現工業(yè)5.0：人機融合新關(guān)系的構建[J].清華管理評論,2023,(Z1):52-59.