智能生产系统控制及优化

本书深入探讨了制造业数字化转型的关键要素和实施路径，通过介绍中国、美国、日本、德国等的具体案例，解析了数字化转型的内涵、现状与进展及其对经济价值和行业成熟度的影响。内容涵盖了生产系统过程自动化，包括在加工过程、产品组装和物流运输中的应用，以及人工智能和边缘计算技术在自动化发展中的关键作用；智能生产数字化信息系统，介绍了ERP、MES和SPC的功能及应用；制造系统虚拟量测技术，涉及数据预处理、预测建模和漂移检测等；生产系统预测性维护与健康管理，讨论了健康管理的概念、异常诊断、剩余使用寿命预测和维护决策优化方法；智能生产过程调度与优化，介绍了生产过程调度、进化算法优化、闭环优化和协作进化算法的大规模调度技术。最后，展望了制造业数字化转型的未来发展趋势，以帮助读者理解数字化转型对智能生产系统的影响，并把握其中的创新机遇。 本书旨在为广大读者提供有价值的参考资料。主要读者对象包括制造业企业的管理者和技术人员、从事智能制造和信息技术研究的学者和学生以及对制造业数字化和智能化发展感兴趣的政策制定者和行业分析师。

无

第1章 制造业数字化转型 001～018 1.1 制造业数字化转型内涵 002 1.2 国内制造业数字化转型现状 003 1.2.1 数字化转型的进程 003 1.2.2 数字化转型对制造业的经济价值 007 1.2.3 数字化转型的制造业成熟度 008 1.2.4 数字化转型的地区态势 010 1.3 国外制造业数字化转型进展 011 1.3.1 美国制造业数字化转型现状 011 1.3.2 日本制造业数字化转型现状 012 1.3.3 德国制造业数字化转型现状 012 1.3.4 欧盟制造业数字化转型现状 013 1.4 制造业数字化转型关键技术 013 1.4.1 关键数字化技术 014 1.4.2 数字化技术与制造业的关系 015 1.5 本章 小结 016 参考文献 017 第2章 生产系统过程自动化 019～068 2.1 生产系统过程自动化概述 020 2.2 加工过程自动化 022 2.2.1 加工过程自动化简介 022 2.2.2 加工过程自动化发展历程 023 2.2.3 加工过程自动化国内外发展对比 024 2.2.4 加工过程自动化企业应用案例 026 2.2.5 加工过程自动化工业应用现状与发展趋势 032 2.3 产品组装自动化 034 2.3.1 产品组装自动化简介 034 2.3.2 产品组装自动化现状与面临的挑战 035 2.3.3 产品组装自动化企业应用案例 037 2.3.4 产品组装自动化应用现状总结与发展趋势 039 2.4 物流运输自动化 041 2.4.1 物流运输自动化简介 041 2.4.2 基于SLAM的室内定位导航 043 2.4.3 AGV任务调度 044 2.4.4 AGV路径规划 046 2.4.5 AGV冲突避免 048 2.5 人工智能技术在生产系统过程自动化中的应用 049 2.5.1 深度学习 049 2.5.2 强化学习 052 2.5.3 迁移学习 054 2.6 边缘计算技术在生产系统过程自动化中的应用 055 2.6.1 边缘计算发展历程 056 2.6.2 边缘计算应用概述 059 2.6.3 边缘计算系统架构 061 2.6.4 边缘计算工业应用场景 064 2.7 本章 小结 065 参考文献 066 第3章 智能生产数字化信息系统 069～107 3.1 智能生产数字化信息系统概述 070 3.1.1 定义与功能 070 3.1.2 关键技术 071 3.1.3 基本步骤与特点 072 3.2 智能生产数字化信息系统架构 073 3.2.1 研究历史 073 3.2.2 主要组成部分 074 3.2.3 主要层次架构 074 3.3 企业资源计划（ERP） 075 3.3.1 研究现状 076 3.3.2 功能与简介 077 3.3.3 实施过程 078 3.3.4 新兴技术对ERP的影响 079 3.3.5 ERP案例 080 3.4 制造执行系统（MES） 084 3.4.1 MES基本框架与技术 084 3.4.2 MES研究现状 086 3.4.3 MES与ERP对比 087 3.4.4 MES功能与特性 089 3.4.5 MES案例 090 3.5 统计过程控制（SPC）系统 095 3.5.1 SPC主要步骤 096 3.5.2 统计方法 097 3.5.3 SPC案例 100 3.6 本章 小结 106 参考文献 106 第4章 制造系统虚拟量测技术 108～159 4.1 虚拟量测概述 110 4.2 多阶段虚拟量测功能架构 117 4.2.1 多阶段虚拟量测功能架构组成部分 119 4.2.2 多阶段虚拟量测功能架构分类 121 4.3 基于智能方法的虚拟量测技术 126 4.3.1 数据预处理 127 4.3.2 预测建模 129 4.3.3 漂移检测 131 4.3.4 采样决策系统 132 4.3.5 模型实时更新 133 4.3.6 模型适应性 134 4.3.7 虚拟量测系统功能扩展 134 4.4 虚拟量测技术在实际场景中的应用 135 4.4.1 半导体制造领域中的应用 136 4.4.2 过程系统工程中的应用 137 4.4.3 其他领域中的应用 140 4.4.4 具体应用实例 142 4.4.5 发展趋势分析 148 4.5 本章 小结 150 参考文献 151 第5章 生产系统预测性维护与健康管理 160～188 5.1 生产系统预测性维护与健康管理概述 162 5.1.1 基于物理模型的PHM方法 163 5.1.2 基于数据驱动的PHM方法 164 5.2 基于因果图的异常诊断 165 5.2.1 基于因果图的异常诊断概述 165 5.2.2 MResGAT故障诊断模型 165 5.2.3 基于因果图的异常诊断实验设置与结果分析 168 5.2.4 基于因果图的异常诊断小结 171 5.3 基于因果图的剩余使用寿命预测 172 5.3.1 基于因果图的剩余使用寿命概述 172 5.3.2 基于多级小波分解的特征提取方法 172 5.3.3 基于图注意力网络的剩余使用寿命预测 173 5.3.4 基于因果图的剩余使用寿命实验设置与结果分析 174 5.3.5 基于因果图的剩余使用寿命小结 177 5.4 基于模糊逻辑的维护决策优化 178 5.4.1 基于模糊逻辑的维护决策优化概述 178 5.4.2 航空发动机问题建模 178 5.4.3 维护决策优化算法 180 5.4.4 基于模糊逻辑的维护决策优化实验设置与结果分析 182 5.4.5 基于模糊逻辑的维护决策优化小结 186 5.5 本章 小结 186 参考文献 187 第6章 智能生产过程调度与优化 189～259 6.1 生产过程调度问题的分类、性能指标及求解方法 190 6.1.1 生产过程调度问题的分类及描述 190 6.1.2 生产过程调度问题的性能指标 196 6.1.3 生产过程调度问题的求解方法 198 6.2 基于进化算法的生产过程调度与优化问题 201 6.2.1 优化问题描述 201 6.2.2 遗传算法 202 6.2.3 差分进化算法 213 6.2.4 粒子群算法 219 6.2.5 蚁群算法 222 6.2.6 人工蜂群算法 225 6.2.7 注塑车间调度案例 228 6.3 基于目标驱动的闭环优化问题 234 6.3.1 状态-性能预测模型 235 6.3.2 状态 参数-性能优化模型 238 6.3.3 半导体制造车间调度案例 241 6.4 基于协作进化算法的大规模优化问题 248 6.4.1 大规模单目标进化优化算法 249 6.4.2 大规模多目标进化优化算法 250 6.4.3 协作进化优化算法 252 6.4.4 基于计算资源分配的选择性生物地理学优化算法 252 6.4.5 基于泛化 Pareto 支配的改进竞争粒子群优化算法 256 6.5 本章 小结 257 参考文献 257 第7章 发展趋势与展望 260～281 7.1 AI赋能制造业 262 7.1.1 智能算法 262 7.1.2 大语言模型 263 7.1.3 3WD理论 265 7.1.4 人机混合智能 266 7.2 智能生产数字化信息系统 267 7.3 制造系统虚拟量测技术 272 7.4 生产系统健康管理技术未来趋势 277 参考文献 281