Digital Twin-driven Smart Human-machine Collaboration: Theory, Enabling Technologies and Applications

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。