人机物共融制造模式与应用

本书以新一代智能制造理念为起点，介绍了新一代信息技术对传统制造业企业的支持、渗透、冲击和融合，包括制造范式和制造模式的变革、制造系统的发展、产品服务方式和商业模式的演变；探讨了人机物共融制造模式、人机物共融的智能制造机理和人机物协同感知、认知和决策过程模型；提出了有色金属工业人机物共融制造模式和人机物共融的智能制造系统体系结构，给出了基于知识图谱的人机物融合框架以及基于信息物理系统的人机物协同决策框架；探讨了支持产供销一体化计划、主工艺跨层域优化控制、关键装备预测性维护与调度生产联合优化的人机物协同决策过程模型；搭建了基于人机物共融制造模式的智能网络协同制造平台并提供验证案例。 本书可供自动化、机械工程、管理工程、计算机等领域的管理人员、技术人员参考，也可作为以上领域相关专业高年级本科生和研究生的选修教材。

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第1章　从传统制造到人机物共融制造 001 1.1　概述 002 1.1.1　制造业的发展 002 1.1.2　制造业生产类型的划分 004 1.1.3　有色金属工业的发展状况 013 1.1.4　人机物共融制造模式 014 1.2　本书的内容安排 016 第2章　人机物共融制造模式的产生 019 2.1　制造范式和制造模式的演变 020 2.1.1　制造范式的演变过程 020 2.1.2　制造模式模型 027 2.1.3　人机物共融制造模式的形成 028 2.2　人机物共融智能制造系统的产生 036 2.2.1　机械化和电气化时代的制造系统 037 2.2.2　信息化时代的智能制造系统 039 2.2.3　数字经济时代的智能制造系统 042 2.3　产品服务系统的演变 051 2.3.1　工业互联网环境中产品结构的变化 051 2.3.2　产品服务系统平台 055 2.4　持续的商业模式创新 060 2.4.1　商业模式概念 060 2.4.2　商业模式变革 061 第3章　人机物共融制造模式 065 3.1　工业互联网的核心理念和技术 066 3.1.1　系统建模与仿真 066 3.1.2　大数据分析建模 069 3.1.3　信息融合技术 074 3.2　工业4.0 的核心理念和技术 081 3.2.1　数字孪生 081 3.2.2　数字主线 088 3.2.3　信息物理系统 089 3.3　人机物共融智能理论 091 3.3.1　人机融合智能理论 091 3.3.2　人机物共融系统 094 3.4　人机物共融制造模式及机理 098 3.4.1　人机物共融制造模式模型 098 3.4.2　人机物共融的智能制造机理 099 3.4.3　人机物协同感知、认知和决策 101 第4章　有色金属工业人机物共融制造系统 105 4.1　有色金属工业智能制造的需求 106 4.1.1　行业挑战及发展方向 106 4.1.2　传统信息系统构成 108 4.2　有色金属工业人机物共融的智能制造系统 112 4.2.1　 有色金属工业人机物共融的智能制造系统架构 113 4.2.2　基于知识图谱的人机物融合框架 118 4.2.3　基于信息物理系统的人机物协同决策模型 123 4.2.4　 基于多种用户界面的人机物交互模式与接口 134 4.3　可持续商业模式创新 138 4.3.1　商业模式变革的概念框架 138 4.3.2　可持续商业模式变革 139 4.4　产品服务系统 140 第5章 　有色金属工业人机物协同决策模型 143 5.1　产供销一体化计划运营决策 145 5.1.1　有色金属产品和原料价格预测方法 147 5.1.2　原料采购计划优化 152 5.1.3　订单延迟预测模型 153 5.1.4　供应链仿真模型 156 5.2　关键工序跨层域优化控制 159 5.2.1　铜熔炼工艺过程机理模型 160 5.2.2　闪速炉熔炼过程机理和预测模型 170 5.2.3　各装备及关键设备状态监测模型 173 5.2.4　熔炼过程的优化控制模型 176 5.3　调度生产预测性运营与优化 178 5.3.1　多炉协同作业优化模型 179 5.3.2　关键设备预测性维护模型 186 5.3.3　维护调度优化模型 194 第6章　智能网络协同制造系统应用 199 6.1　智能网络协同制造系统建设背景 200 6.1.1　 有色金属工业智能网络协同制造系统平台的建设需求 200 6.1.2　系统建设内容 200 6.1.3　系统建设路线 204 6.2　人机物共融的智能网络协同制造平台体系架构 209 6.2.1　智能网络协同平台体系架构 209 6.2.2　设备/ 工序/ 车间数字孪生模型 214 6.2.3　 数据互联/ 服务共享/ 流程管理的跨域集成框架 223 6.3　基于HCPS 的业务协同决策支持系统 233 6.3.1　产供销一体化计划 234 6.3.2　主工艺跨层域优化控制 254 6.3.3　设备智能维护与调度联合优化决策 261 6.4　平台支持技术 264 6.4.1　门户管理 264 6.4.2　后台管理 264 参考文献 265