本书以工业物联网中人与 AGV 等物流资源联合作业为背景，开展了人机服务隐式互操作方法、调度算法等的研究与分析，期待提升少人化物流系统的宜人性、节拍均衡性，提高响应效率。全书共8章，从工业物联网、智慧物流服务、人机隐式互操作机理与模型、服务发现与选择机制等方面进行阐述，可以作为高等学校相关专业师生和相关工程领域的科研技术工作者的参考书，帮助其了解未来智能工厂中物流系统的改进途径以及智能物流的人机服务共融技术。
本书可以帮助高校师生和工程技术人员系统掌握智慧物流人机隐式互操作的原理、建模方法及应用策略，了解智慧物流人机服务互操作的国内外*新研究进展，掌握智能工厂物流系统的智能化改进途径和自主智能调度方法。本书对推广、提升工业物联网环境下智能物流及人机服务共融技术发展具有重要意义。
人口老年化、制造业人力资源匮乏问题日益严重，使得人机协作一直是智能制造领域关注的热点。一些简单、费力、重复、不安全的任务由机器人完成，复杂、精密、需要运用批判性思维与定制的任务由机器人辅助操作员完成，操作员借助工业物联网技术与机器人连接并分配任务。这种人与机器人共存、联合作业的场景伴随着大量的互操作。以人为中心的工业物联网技术是关系国计民生的重要技术，是提升国家制造业竞争力的迫切需要，对实现中国制造2025 战略具有重要意义。工业物联网技术提升了智能制造的工人、AGV搬运机器人等物理对象的网络化、智能化水平，形成了人与AGV联合作业的智慧物流服务网络。伴随着工业物联网的普及，智能制造的物流交互过程更加复杂。人与周边智慧物流服务的互操作问题已有较多工业物联网解决方案，但还存在很多亟须解决的问题，如人机互操作中需求时空动态多变、服务响应拥塞、群集设备无线探测与连接存在盲目性等问题。智慧物流的人机服务隐式互操作方法可有效解决这类问题，并提升少人化与无人化物流系统的节拍均衡性，提高响应效率。如何构建人与机器人的服务交互模型，开发出更加高效的机器人服务筛选算法，与智慧物流人和AGV等物流资源联合作业应用场景相结合，形成具有一定普适性的智慧物流人机服务互操作优化架构，是本书研究的出发点。本书力求理论研究与实践探索并重，以智慧物流服务中的人与AGV等物流资源联合作业为背景，开展智慧物流的人机服务隐式互操作方法和调度算法研究与实践。本书详细介绍了目前工业物联网环境下智慧物流服务人机交互方法及性能提升方法，论述了以服务需求为中心的人机隐式交互机理、基于Agent的智慧物流服务网络建模方法、人机服务需求人工势场模型构建、基于人需求的目标服务发现方法、隐式社会关系辅助的人机服务连接优化策略、智能车间物流的人机联合作业调度案例。全书围绕智能工厂物流过程中人机互操作问题，在人机互操作的服务集成、服务发现、服务连接等三个方面展开研究与应用探索，共分为8章。第1章对智慧物流服务与人机隐式互操作及其应用场景、意义进行了阐述。第2章对工业物联网中人机互操作相关理论进行了分析与综述，介绍了智能工厂以人为中心的内涵与人机服务集成框架研究现状及方向。第3章研究了人与工业物联网环境互操作模型，提出了一种服务属性触发的服务集成与互操作，并以车间物流系统为例验证该方法的可行性。第4章从智能工厂无线网络新特征、无线通信网络模型、人的移动特性等方面，探索了以服务需求为中心的人机隐式交互机理及服务直接引用关键技术。第5章借鉴 Agent 方法，提出了人与机器携带的无线通信模块受通信距离限制的多代理人机交互系统，设计了智能物流服务网络中按人需求的人工势场模型。面向智慧物流的人机服务隐式互操作前言第6章针对物流服务内部代理拥塞问题提出了一种*短路径选择机制，针对物流服务外部代理拥塞问题提出了一种位置触发的按需服务发现方法。第7章针对群集设备连接阶段的无线探测能能量费问题，设计了一种带人倾向的邻居节点选择方法，提出隐式社会关系辅助的服务连接能耗优化策略。第8章以智能车间物流中的人与AGV（搬运机器人）协作生产为例，设计了人机隐式互操作仿真原型系统，验证本书所提关键技术的可行性与性能。本书作者及研究团队在智能制造人机互操作、以人为中心的工业物联网方面进行了多年深入研究，承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、科技部国际合作项目、省部级科研项目，积累了大量的理论、技术和工程应用成果。本书的关键理论和大部分内容源于这些项目成果，其中很多内容源自这些科研过程中形成的论文、科研报告、项目申报书等。本书的顺利完成需要感谢武汉理工大学物流与机器人技术实验室团队成员的支持，在物流系统建模方面得到了李斌教授、梁晓磊副教授的协助，在智能工厂AGV协同场景分析方面得到了符修文副教授、罗云博士的帮助；同时感谢团队中段莹博士、杨文超博士、贺利军博士提供的宝贵科研素材。本书的出版得到了国家自然科学基金面上项目基于移动智能体调度的混杂工业无线传感器网络抗毁性研究（编号：61571336）、湖北省自然科学基金一般面上项目智能工业环境下以人为中心的物联网关键技术研究（编号：2014CFB875）和农产品加工智能工厂中人与AGV集群隐式互操作方法研究（编号：2020CFB867）的资助；此外，还得到了华中科技大学出版社的大力支持，出版社编辑在本书撰写过程中做了大量细致工作，多次提出建设性意见，引导作者对相关内容进行订正和修改。在此一并表示诚挚的谢意。本书仅仅对人与工业物联网互操作进行了一些探索，但仍有许多问题有待未来研究。例如，考虑人机设备互学习的服务属性关联方法研究。伴随人的角色在工业4.0场景下的不断演化，各类自学习智能设备及其隐式人类知识捕捉系统应用日趋广泛，将会引发更复杂的集成动态性问题。一方面，自学习智能设备的加入必然会导致个体本体属性及知识库不确定性突显，如何降低这种不确定因素对人机互操作复杂性的影响是未来亟待解决的关键问题。另一方面，设备间相互学习也为提升工业物联网服务属性关联性提供了一种新的思路。这些研究对推动工业物联网环境下智能物流的人机服务共融技术发展具有重要意义。由于本书面向新一代工业物联网的应用场景和对象进行探索，可参考的资料不多，书中难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。李文锋杨林2022年6月
李文锋，武汉理工大学二级教授，博士生导师。瑞典皇家理工学院自治系统研究中心访问学者，美国新泽西理工学院、纽约大学和澳大利亚新南威尔士大学访问教授。湖北省有突出贡献的中青年专家。*高等学校物流管理与工程类专业教学指导委员会委员，中国双法研究会多式联运分会副理事长，中国人工智能学会智能制造专业委员会常务委员，中国机械工程学会机器人专业委员会委员，中国物流学会常务理事，中国系统工程学会物流系统工程专业委员会及港航经济专业委员会常务委员，湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会副主任委员，武汉物联网产业协会副理事长，武汉机械设计与传动学会理事长， IEEE 高级会员，IEEE SMC 武汉区分会主席及IEEE国际机器人与自动化协会物流自动化专业协会共同主席。先后承担国家自然科学基金项目、国家十一五十二五科技支撑计划项目、国家863计划项目。先后发表科研论文400余篇，出版专著6本、教材2本，有300余篇次被三大检索（SCI、EI、ISTP）收录，申请国家发明专利20多项。先后获得省部级科技进步一等奖2项、二等奖7项、三等奖1项。
第1章绪论/1
1.1智慧物流服务与人机隐式互操作/1
1.2本书研究的目的与意义/3
1.3本书的主要研究内容/4
1.4本书的主要创新点/7
第2章人与工业物联网服务互操作相关理论/10
2.1人机互操作的服务集成/10
2.1.1以人为中心的智能工厂特征/10
2.1.2人与工业物联网环境集成理论/11
2.1.3以人为中心的工业物联网架构相关研究/12
2.2人机互操作的服务发现/14
2.2.1人与工业物联网环境隐式服务交互理论/14
2.2.2人机互操作的服务拥塞问题相关研究/15
2.3人机互操作的服务连接/18
2.3.1人与工业物联网设备连接特征/18
2.3.2工业物联网设备对设备无线连接理论/19
2.3.3隐式社会关系辅助的设备连接策略相关研究/20
2.4存在的问题及研究方向/21
2.4.1人机互操作的服务封装与互操作技术/21
2.4.2人机互操作的服务拥塞问题/22
2.4.3人机社会化属性对工业物联网服务连接的影响/22
2.5本章小结/23
第3章人与工业物联网服务集成与互操作架构/24
3.1引言/24
3.2以人为中心的工业物联网架构/25
3.2.1人与工业物联网环境的互操作模型/25
3.2.2社会化设备对设备工业物联网架构/27
3.2.3以人为中心的智能车间物流案例/30
3.3人机互操作的服务集成技术/32
3.3.1人的服务模型/32
3.3.2人的服务互操作参数封装/34
3.3.3社会化设备的服务模型/36
3.3.4社会化设备的服务互操作参数封装/38
3.3.5参数触发的人机服务集成技术/40
3.4人机互操作的服务按需集成案例/43
3.5本章小结/47
面向智慧物流的人机服务隐式互操作目录第4章以服务需求为中心的人机隐式交互机理/48
4.1引言/48
4.2智能物流的人邻近服务发现机制/48
4.3人机互操作的服务拥塞问题/50
4.4以服务需求为中心的人机隐式交互机理/52
4.4.1智能工厂无线通信网络与隐式社会关系/52
4.4.2社会关系辅助的人机设备无线连接机理/54
4.4.3以人为中心的社会化无线网络模型/57
4.4.4以人为中心的移动交互系统模型/60
4.5人机隐式互操作关键技术/62
4.5.1人机互操作的服务直接引用范式/62
4.5.2人机互操作的记录分布式存储技术/63
4.6本章小结/65
第5章基于多代理系统的物流服务建模/66
5.1引言/66
5.2工业物联网服务多代理架构/66
5.3位置约束的多代理系统模型/69
5.4人机服务需求人工势场模型构建/71
5.4.1以用户需求为中心的人工势场建模/71
5.4.2用户邻近服务时空划分模型/75
5.5本章小结/77
第6章按人需求的目标服务发现方法/78
6.1引言/78
6.2服务代理网络内服务节点发现技术/79
6.3位置触发的按需服务发现算法/81
6.4方案性能评估与分析/84
6.4.1场景描述与仿真环境/84
6.4.2方案评估指标与理论分析/86
6.4.3计算结果分析/88
6.5本章小结/92
第7章隐式社会关系辅助的人机服务连接优化策略/94
7.1引言/94
7.2人机混杂网络的隐式社会关系构建方法/95
7.2.1隐式社会关系挖掘的社区和中心度指标/95
7.2.2隐式社会关系及人机互操作数学模型/96
7.2.3隐式社会关系的随机接触构建算法/98
7.3隐式社会关系辅助的服务连接能耗优化策略/103
7.3.1目标服务连接的邻居探测能耗问题描述/103
7.3.2隐式社会关系辅助的服务连接算法/105
7.4方案性能评估与分析/110
7.4.1仿真数据与真实数据集/110
7.4.2方案评估指标与影响因素/113
7.4.3计算结果分析/114
7.5本章小结/119
第8章智能车间物流的人机联合作业生产调度案例/120
8.1引言/120
8.2Andon系统中人机隐式互操作/120
8.2.1工业4.0车间物流Andon系统/120
8.2.2Andon系统中人的信息集成/121
8.2.3Andon系统中人机生产异常/122
8.2.4生产异常触发的隐式人机互操作/123
8.3隐式互操作模式下人与AGV协同搬运案例/125
8.3.1关键技术在人机协同搬运中的应用/125
8.3.2人机隐式互操作仿真平台架构/129
8.3.3人与AGV协同搬运的性能分析/132
8.4本章小结/137
参考文献/138
附录/154
附录A人与AGV协同搬运的车间布局及隐式关系示例/154
附录B主要数学符号/156
书单推荐
