智能制造工程基础

本书以智能制造当前所呈现出的“数据与知识驱动”“柔性敏捷主导”“虚实互映融合”“云网边端协同”“绿色低碳先行”五个发展趋势特征为主线，围绕产品设计研发、生产制造、数字化工厂、运维与服务、供应链的全生命周期智能化，通过阐述智能制造工程的基本概念与技术体系、基础理论与典型模式，重点探讨了产品研发智能增强、生产制造智能场景、数字化工厂建设、智能运维与服务升级、供应链协同管控五个维度下关键概念与技术，并给出智能制造的新模式与跨学科发展趋势。全书体系完整、重点突出、主线清晰，从理论、方法与技术的体系化视角，构建起智能制造工程新工科专业核心课程知识体系。 本书可作为高等院校智能制造工程新工科专业本科生的教材，以及机械工程相关专业本科生和硕士研究生的参考教材，也可供智能制造专业的技术人员阅读参考。 本书配有以下教学资源：教学课件、教学大纲、教学视频和习题答案，欢迎选本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。

高等院校老师

前言 第1章　智能制造工程概述 1 学习目标 1 知识点思维导图 1 1.1　智能制造工程的概念体系 2 1.1.1　智能制造的概念、行业发展与需求 2 1.1.2　智能制造工程的核心概念视图 7 1.2　制造系统的智能化演进 9 1.2.1　制造系统的概念与构成 9 1.2.2　制造系统自动化 14 1.2.3　制造系统数字化 15 1.2.4　制造系统网络化 18 1.2.5　制造系统智能化 19 1.3　智能制造驱动产品生命周期管理变革 20 1.3.1　产品生命周期管理的演进 20 1.3.2　智能制造重新定义产品边界—研发设计视角 21 1.3.3　智能制造重新定义制造范式—生产制造视角 24 1.3.4　智能制造重构产品运维模式—运维服务视角 26 本章小结 27 习题 28 第2章　智能制造工程的理论基础、技术体系与典型生产模式 29 学习目标 29 知识点思维导图 29 2.1　智能制造工程的理论基础 30 2.1.1　控制论 30 2.1.2　系统工程理论 35 2.1.3　信息物理系统 42 2.2　智能制造工程的技术体系 45 2.2.1　智能制造系统架构 45 2.2.2　智能制造技术体系架构 47 2.2.3　智能制造标准体系建设框架 50 2.3　智能制造工程的典型生产模式 51 2.3.1　生产模式的定义与演进 51 2.3.2　大规模生产方式 54 2.3.3　大规模定制生产方式 55 2.3.4　个性化生产方式 57 本章小结 61 习题 61 第3章　“数据与知识驱动”的产品研发智能增强 62 学习目标 62 知识点思维导图 62 3.1　产品智能设计研发模式的演进 63 3.1.1　产品开发的基本认知 63 3.1.2　复杂系统设计 68 3.1.3　现代设计理论与方法 72 3.1.4　智能设计发展的新趋势 84 3.2　数据与知识驱动的智能增强技术 89 3.2.1　数据与知识驱动的关键基础智能技术 90 3.2.2　数据与知识融合驱动的集成应用智能技术 94 3.3　数据与知识驱动的产品智能设计场景 97 3.3.1　运载火箭一二级分离系统架构设计 97 3.3.2　自主移动机器人悬架系统结构设计 101 本章小结 104 习题 104 第4章　“柔性敏捷主导”的生产制造智能场景 105 学习目标 105 知识点思维导图 105 4.1　柔性敏捷制造系统 106 4.1.1　柔性制造系统 106 4.1.2　敏捷制造的内涵与特征 109 4.1.3　柔性敏捷制造的实现 111 4.1.4　柔性敏捷主导的智能企业实践案例 113 4.2　柔性成形工艺制造系统 116 4.2.1　柔性成形工艺与装备技术 116 4.2.2　柔性成形材料 120 4.2.3　柔性成形的发展趋势 122 4.2.4　柔性辊压成形制造系统案例 122 4.3　人机交互与协作 131 4.3.1　人机交互方式 131 4.3.2　人机协作 132 4.3.3　电动汽车老化电池拆卸人机协作案例 137 本章小结 138 习题 139 第5章　“虚实互映融合”的数字化工厂建设 140 学习目标 140 知识点思维导图 140 5.1　数字化工厂画像 141 5.1.1　数字化工厂的定义与内涵 141 5.1.2　数字化工厂的典型特征 142 5.1.3　数字化工厂建设内容 143 5.2　数字化工厂的实施路径 146 5.2.1　现状及需求分析 146 5.2.2　实施目标及策略 147 5.2.3　转型实施步骤 148 5.2.4　效果评价体系 149 5.3　数字化工厂建设典型案例 150 5.3.1　车辆制造企业数字化工厂建设案例 150 5.3.2　某研发试制中心数字化建设案例 154 5.3.3　某弹药压药生产线数字化建设案例 156 本章小结 158 习题 158 第6章　“云网边端协同”的智能运维与服务升级 159 学习目标 159 知识点思维导图 159 6.1　“云网边端”智能运维与服务一体化架构 160 6.1.1　运维服务 160 6.1.2　智能运维服务 163 6.1.3　“云网边端”智能运维服务一体化架构 166 6.2　制造系统的设备故障预测与健康管理 171 6.2.1　设备故障预测与健康管理 171 6.2.2　故障预测关键技术 175 6.2.3　剩余寿命预测方法 176 6.2.4　机械设备健康状态评估发展趋势 177 6.2.5　北京奔驰预测性维护案例 178 6.3　智能产品服务系统 182 6.3.1　产品服务系统和智能产品服务系统的概念 182 6.3.2　智能制造中的智能产品与智能服务 185 6.3.3　智能产品服务系统的开发流程 186 6.3.4　广汽智能服务系统设计应用案例 189 本章小结 192 习题 192 第7章　“绿色低碳先行”的供应链协同管控 193 学习目标 193 知识点思维导图 193 7.1　绿色低碳供应链的重要性和背景 194 7.1.1　环境可持续与供应链管理 194 7.1.2　绿色低碳技术的发展 199 7.2　全过程绿色低碳供应链的协同优化 203 7.2.1　绿色采购与供应商管理 203 7.2.2　绿色生产 205 7.2.3　绿色运输与分销 207 7.2.4　绿色回收 211 7.3　绿色低碳供应链的协同管控策略 214 7.3.1　协同管控策略框架 214 7.3.2　“数字化+绿色化+协同化”供应链的科学内涵 215 7.3.3　利用信息技术实现协同 216 7.3.4　政策支持 217 7.4　全链条供应链的碳资产管理 218 7.4.1　碳足迹的评估与监测 219 7.4.2　碳资产的管理与贸易 222 7.4.3　行业领先企业碳管理案例 223 7.5　绿色低碳供应链协同管理案例 227 7.5.1　企业绿色供应链集成方案 227 7.5.2　企业数字化绿色化协同策略 229 7.5.3　企业零碳政策 230 本章小结 231 习题 231 第8章　智能制造新模式 232 学习目标 232 知识点思维导图 232 8.1　共享制造 233 8.1.1　共享制造的起源 233 8.1.2　共享制造的内涵 234 8.1.3　共享制造的案例 238 8.1.4　共享制造的挑战 241 8.2　人本制造 242 8.2.1　人本制造的起源 243 8.2.2　人本制造的内涵 244 8.2.3　人本制造的案例 247 8.2.4　人本制造的挑战 248 8.3　认知制造 249 8.3.1　认知制造的起源 249 8.3.2　认知制造的内涵 250 8.3.3　认知制造的案例 253 8.3.4　认知制造的挑战 254 本章小结 255 习题 255 第9章　新兴智能制造跨学科发展趋势 256 学习目标 256 知识点思维导图 256 9.1　工业元宇宙 257 9.2　具身智能 259 9.3　脑机接口 262 9.4　原子制造 263 9.5　量子计算 264 9.6　6G通信 265 本章小结 266 习题 266 参考文献 267