智能制造概论

本书围绕高端装备设计生产运维全生命周期过程，系统地介绍高端装备智能制造的信息技术、系统工程技术、设计生产与运维技术、工程管理技术、智能工厂和信息平台技术。在介绍相关理论和技术时，采用案例引导的方法，每一章介绍一类对社会经济建设和产业发展具有重大影响的高端装备、智能工厂或信息平台，并作为引导案例引出本章概要，让学生直观感受智能制造技术方法对高端装备制造的重要性。本书按照智能制造领域卓越工程师培养的要求，以数字化、网络化、智能化为主线，根据高端装备智能制造的核心知识点组织全书知识图谱和知识体系，以便学生通过学习获得关于智能制造的系统化知识，理解信息技术对智能制造的赋能机制，掌握智能制造技术的发展规律，认识智能制造新模式新业态产生和发展的内在机理，为智能制造的理论和技术创新打下坚实的基础。

高等院校教师

目　　录 序 前言 第1 章　绪论 1 1.1　概述 3 1.1.1　智能制造的发展历程 3 1.1.2　智能制造在经济社会发展中的战略地位 6 1.1.3　世界主要国家的智能制造发展战略 8 1.1.4　我国智能制造发展战略 12 1.2　智能制造系统的要素与特征 13 1.2.1　智能制造系统 13 1.2.2　智能制造系统要素 18 1.2.3　智能制造系统的特征 20 1.3　智能制造的模式变革 22 1.3.1　大规模定制制造 22 1.3.2　服务型制造 24 1.3.3　动态企业联盟 27 1.4　智能制造的技术体系 29 1.4.1　智能制造的技术体系框架 29 1.4.2　智能制造基础设施 30 1.4.3　智能制造的支撑技术 32 1.4.4　智能制造应用系统 34 1.5　智能制造的发展趋势 36 1.5.1　人机共融制造 36 1.5.2　工业元宇宙 41 1.5.3　软件定义制造 43 本章小结 47 思考题 48 参考文献 48 第2 章　面向智能制造的新一代信息技术 49 2.1　概述 51 2.1.1　新一代信息技术概述 51 2.1.2　智能制造中的新一代信息技术 52 2.2　工业大数据 55 2.2.1　工业大数据概述 55 2.2.2　数据采集技术 56 2.2.3　数据存储技术 59 2.2.4　数据处理技术 62 2.2.5　数据分析技术 65 2.3　人工智能 68 2.3.1　人工智能概述 68 2.3.2　计算智能 69 2.3.3　大数据智能 71 2.3.4　认知智能 78 2.4　工业互联网 84 2.4.1 工业互联网概述 84 2.4.2 工业互联网体系架构 85 2.4.3 工业互联网网络通信技术 86 2.4.4 工业互联网平台技术 90 2.4.5 工业互联网安全技术 93 2.5　高端装备制造的数字化、网络化、智能化 96 2.5.1 数字化制造技术 96 2.5.2 网络化制造技术 98 2.5.3 智能化制造技术 100 本章小结 102 思考题 102 参考文献 102 第3 章　智能制造的系统工程技术 104 3.1　概述 106 3.1.1 系统工程的发展历程 106 3.1.2 智能制造系统工程技术演变与发展趋势 109 3.2　智能制造系统 111 3.2.1 智能制造生态系统 111 3.2.2 智能制造系统及其构成 113 3.2.3 智能制造的系统集成 117 3.3　智能制造的系统工程方法 125 3.3.1 智能制造的系统思想 126 3.3.2 系统工程理论与方法 128 3.3.3 智能制造的系统工程流程与标准化 133 3.4　基于模型的系统工程 136 3.4.1 MBSE 概 136 3.4.2 MBSE 建模过 141 3.4.3 两种典型的MBSE 建模方 144 3.5　智能制造的体系工程 148 3.5.1 基本概念 148 3.5.2 智能制造的体系工程方法 150 3.5.3 基于建模仿真的智能制造体系工程 153 本章小结 155 思考题 155 参考文献 156 第4 章　智能装备设计生产与运维技术 157 4.1　概述 159 4.1.1 智能装备设计生产运维技术概述 160 4.1.2 智能装备设计生产运维技术的发展趋势 165 4.2　智能装备设计技术 168 4.2.1 机械设计理论与方法 168 4.2.2 数字化、智能化、绿色化设计技术 172 4.2.3 设计优化技术 176 4.3　智能装备生产技术 179 4.3.1　智能装备机械制造技术基础 179 4.3.2　智能装备高性能制造技术 182 4.3.3　智能装备制造数字化、智能化技术 184 4.3.4　智能装备制造智能生产系统 186 4.4　智能装备运维技术 188 4.4.1　智能装备工况监控大数据技术 189 4.4.2　智能装备预测性维护技术 192 4.4.3　智能装备故障诊断技术 194 4.4.4　智能装备维修决策技术 196 4.5　设计生产运维一体化技术 199 4.5.1　一体化建模技术 199 4.5.2　一体化协同技术 202 4.5.3　一体化信息集成技术 204 4.5.4　一体化数字孪生技术 206 本章小结 208 思考题 209 参考文献 210 第５章　智能制造工程管理 211 5.1　智能制造工程管理概述 214 5.1.1　智能制造工程管理的基本概念 214 5.1.2　智能制造工程管理的多维视角认知 215 5.1.3　智能制造工程管理的基本理论 217 5.1.4　智能制造工程管理的发展趋势 218 5.2　智能制造全生命周期管理 219 5.2.1　高端装备的研发过程管理 219 5.2.2　高端装备的生产过程管理 221 5.2.3　高端装备的运维过程管理 222 5.2.4　高端装备的一体化过程管理 223 5.2.5　高端装备的供应链管理 224 5.3　智能协同制造新模式与新业态 226 5.3.1　智能制造价值网络 226 5.3.2　智能制造运作模式 227 5.3.3　智能制造组织模式 229 5.3.4　智能制造服务新业态——服务型智能制造 230 5.3.5　智能制造新模式新业态下管理创新与变革 231 5.4　制造工程管理中的优化与决策技术 232 5.4.1　制造工程管理中的预测技术 232 5.4.2　制造工程管理中的优化技术 234 5.4.3　制造工程管理中的决策技术 235 5.4.4　制造工程管理中的评估技术 237 5.5　制造工程管理中的数字化、网络化、智能化技术 238 5.5.1　制造工程管理的智能感知技术 238 5.5.2　制造工程管理的云边协同技术 240 5.5.3　制造工程管理的智能安全技术 242 5.5.4　制造工程管理的智能数据分析技术 243 5.6　制造工程管理中的绿色化管理技术 245 5.6.1　制造工程能源管理技术 245 5.6.2　制造工程环境管理技术 247 5.6.3　制造工程资源循环利用技术 249 5.7　制造工程管理中的服务化技术 251 5.7.1　制造服务化概述 251 5.7.2　产品与服务配置优化技术 253 5.7.3　制造与服务集成管控技术 254 5.7.4　智能运维服务技术 256 5.7.5　数智化平台决策支持技术 257 本章小结 258 思考题 259 参考文献 259 第6 章　智能工厂设计与运行 260 6.1　概述 262 6.1.1　制造循环工业系统 262 6.1.2　制造系统的设计理念与方法 264 6.1.3　连续型制造与离散型制造 266 6.1.4　离散型制造智能工厂 269 6.2　智能工厂的基础架构 270 6.2.1　智能工厂的体系结构 271 6.2.2　智能工厂的关键装备 274 6.2.3　智能工厂的基础设施 276 6.3　智能产线的设计与运行 278 6.3.1　智能产线的组成与特征 278 6.3.2　智能产线的设计与布局 280 6.3.3　系统建模与仿真优化 283 6.3.4　智能产线的信息化集成 285 6.4　智能车间的设计与运行 286 6.4.1　智能车间的组成与特征 286 6.4.2　智能车间的布局设计 287 6.4.3　智能车间的性能分析与预测性维护 289 6.4.4　制造执行系统（MES） 291 6.5　智能工厂的布局与管理 293 6.5.1　智能工厂的布局规划设计 294 6.5.2　智能工厂的产品管理 296 6.5.3　智能工厂的运营管理 298 6.6　智能物流的规划与设计 301 6.6.1　智能物流的特征和功能 301 6.6.2　智能物流体系架构的设计 302 6.6.3　智能仓储 304 6.6.4　智能配送 306 本章小结 309 思考题 310 参考文献 310 第7 章　智能制造信息平台技术 311 7.1　概述 314 7.1.1　智能制造信息平台 314 7.1.2　智能制造信息平台的架构 318 7.1.3　智能制造信息平台的共性技术 321 7.2　智能制造信息平台的类型 323 7.2.1　智能产品信息平台 323 7.2.2　研发生产运维信息平台 325 7.2.3　智能制造工厂信息平台 327 7.2.4　智能制造供应链信息平台 328 7.2.5　智能制造产业生态信息平台 330 7.3　智能制造信息平台规划技术 331 7.3.1　信息平台规划的内容 332 7.3.2　信息平台规划的方法 332 7.3.3　信息平台规划的技术 336 7.4　智能制造信息平台分析设计技术 338 7.4.1　信息平台分析技术 338 7.4.2　信息平台设计技术 341 7.5　智能制造信息平台实现技术 344 7.5.1　信息平台实现的框架技术 344 7.5.2　信息平台编码技术 346 7.5.3　信息平台测试技术 347 7.6　信息平台安全技术 350 7.6.1　信息平台安全威胁 350 7.6.2　信息平台安全体系 353 7.6.3　信息平台安全的关键技术 354 本章小结 357 思考题 358 参考文献 358 后记：总结与展望 360