流程型制造智能工厂设计与运行： 制造循环工业系统

本书面向“双循环”新发展格局国家重大战略需求，提出制造循环工业系统（MCIS）“三传一反”管理理论，将具有供需关系的制造企业之间，通过资源、能源、物流和信息等载体要素连接与交换，构成以制造业为核心具有立体网状结构特征的生态系统（ECOSystem），进行有组织制造，解决高端制造“防卡”，畅通高质循环“防堵”，实现立体循环增效，有力支撑现代化产业体系高质、高效循环。 本书系统论述了制造循环工业系统的理论、技术、管理和平台。在循环理论方面，深入介绍了制造循环工业系统的“三传一反”理论、基于图与复杂网络的循环模式、基于博弈的制造循环管理机制设计，从战略层面展示如何实现高端制造的“防卡”。在循环技术方面，重点探讨产品质量与结构设计、面向服役场景的装备智能运维、高端制造风险应对与系统布局，从技术层面应对关键挑战。在循环管理方面，系统描述了综合资源配置计划、多目标生产调度、界面连接与物流优化管理、能源高效利用与低碳管理，从运作层面展示如何实现高质制造“防堵”。在循环平台方面，重点介绍工业互联网平台、数据制造循环机制与技术、设计仿真平台等，以平台为载体推动循环增效。 本书可供高等院校工业与系统工程、工业智能与系统优化、自动化与信息技术、管理科学与工程、材料科学与制造工程、物流优化与控制、能源与环境工程等专业的本科生、研究生使用，也可供从事流程工业的智能化、生产管理、质量管理、信息化建设等方向相关工作的技术人员和研究人员使用。

高等院校教师

前言 第1章概论1 11制造循环工业系统的背景1 111“双循环”新发展格局1 112新发展格局下的制造业2 113国家政策和企业实践3 12制造循环工业系统的相关概念4 121制造业集群4 122制造循环工业系统6 123循环模式7 13内容概述8 第2章制造循环工业系统“三传一反”理论13 21现代化产业体系的内涵和特征13 22制造循环工业系统“三传一反”理论提出的背景16 221制造业发展面临的挑战16 222生态系统“三传一反”18 223化工生产过程的“三传一反”20 224制造循环工业系统“三传一反”理论概要22 23钢铁～装备制造循环工业系统23 231钢铁～装备主循环24 232钢铁工业微循环25 233装备制造微循环29 本章小结32 思考题32 参考文献33 第3章基于图与复杂网络的循环管理模式34 31图与复杂网络的基础理论34 311图的基础理论34 312超图的基础理论37 313复杂网络的基础理论39 32基于图论的立体网状结构管理模式44 321金刚石和石墨的结构对比44 322制造循环工业系统的立体网络结构45 323制造循环立体网状结构的度量指标46 33基于复杂网络的动态演化管理模式49 331动态演化模式和机制分析49 332动态演化路径及驱动因素51 本章小结53 思考题54 参考文献54 第4章基于博弈的制造循环管理机制设计55 41制造循环工业系统博弈管理机制设计55 411制造循环工业系统多主体关系55 412博弈与机制设计视角下的制造循环工业系统57 42制造循环工业系统多主体博弈理论及应用59 421制造循环工业系统多主体博弈理论59 422制造循环工业系统多主体博弈应用64 43制造循环工业系统机制设计68 431制造循环工业系统机制设计基础理论68 432制造循环工业系统机制设计典型应用75 本章小结78 思考题78 参考文献78 第5章制造循环驱动的产品质量与结构设计80 51钢铁质量设计81 511钢铁材料质量解析81 512钢铁材料质量设计85 52面向下游装备制造需求的钢铁产品质量设计88 521面向需求的钢铁质量设计方法88 522汽车板质量设计应用92 53装备产品的结构优化设计95 531装备产品结构优化设计内容95 532结构拓扑优化方法98 54循环驱动的结构优化设计及应用99 541基于钢铁材料的装备产品结构设计99 542汽车板结构优化设计应用103 本章小结108 思考题109 参考文献109 第6章面向制造循环工业系统的智能运维111 61面向制造循环工业的运维智能决策111 611设备维修规划111 612备件管理113 613维修决策115 62面向制造循环工业的运维操作执行117 621运维资源117 622维修成本119 623运维调度121 63面向制造循环工业的运维智能发现123 631智能监测124 632故障诊断126 633寿命预测127 64面向制造循环工业的运维智能感知128 641数据获取129 642特征提取131 643数据融合132 本章小结135 思考题135 参考文献136 第7章高端制造风险应对与系统布局137 71制造循环工业系统中的高端制造及风险应对137 711制造循环工业系统中的高端制造138 712高端制造业风险应对142 72高端制造业中的风险识别与传播143 721高端制造业中的风险分类与识别143 722高端制造业风险在制造循环工业系统中的传播机理146 73高端制造“防卡”机制设计与系统布局151 731关键风险节点识别与治理151 732关键节点“防卡”机制设计156 733高端制造系统规划与柔性布局设计160 本章小结163 思考题163 参考文献164 第8章制造循环工业系统的综合资源配置计划165 81综合资源配置计划概述165 811综合资源配置计划的研究背景165 812综合资源配置计划的基本概念166 813综合资源配置计划的解决思路167 82基于“三传一反”的主循环资源配置计划168 821主循环资源配置计划问题168 822主循环资源配置计划应用175 83基于优化决策的微循环生产资源配置计划176 831微循环资源配置计划问题177 832微循环资源配置计划应用181 本章小结182 思考题182 参考文献183 第9章制造循环工业系统的多目标生产调度185 91优化与博弈调度方法185 911调度理论187 912调度模型与算法190 92制造循环工业系统多目标调度方法及应用198 921钢铁微循环多目标调度199 922基于优化决策的钢铁～装备主循环多目标调度200 923基于博弈决策的钢铁～装备主循环多目标调度200 本章小结202 思考题202 参考文献202 第10章制造循环工业系统界面连接与物流优化管理206 101制造循环工业系统中的物流界面连接206 102钢铁制造工业物流优化管理208 1021原料物流计划调度209 1022半成品物流计划调度210 1023成品物流计划调度213 103装备制造工业物流优化管理215 1031装备制造物流系统规划设计216 1032装备制造物流系统优化调度217 104钢铁～装备界面连接物流设计与优化220 1041钢铁～装备界面连接物流规划设计220 1042钢铁～装备界面连接物流优化调度225 思考题227 参考文献228 第11章制造循环工业系统能源高效利用与低碳管理230 111制造循环工业能源管理现状与循环路径230 1111能源背景与管理现状230 1112能源循环管理路径235 112钢铁企业微循环能源解析与优化239 1121钢铁企业微循环能源解析239 1122钢铁企业微循环能源优化调度244 113钢铁～装备制造循环能源解析与优化248 1131钢铁～装备制造循环能源解析248 1132钢铁～装备制造循环能源优化249 本章小结250 思考题250 参考文献251 第12章面向制造循环的工业互联网平台与技术253 121工业互联网驱动制造循环253 122面向制造循环的工业互联网平台255 1221互联网络技术发展历程255 1222面向制造循环的工业互联网架构257 123工业互联网“端边云”协同技术258 1231“端边云”协同概念258 1232“端边云”协同技术架构259 1233“端边云”协同优化技术261 124工业互联网通信技术264 1241通信技术概述264 1242工业互联网通信优化265 1243通信技术应用案例268 125工业互联网安全技术270 1251安全理论概述271 1252安全关键技术273 1253应用案例278 本章小结278 思考题279 参考文献279 第13章制造循环工业系统数据循环机制与技术281 131数据循环机制281 132基于标识解析的数据映射283 1321标识解析体系架构284 1322标识解析的关键技术286 1323标识解析的主要应用289 133基于区块链的数据流通291 1331区块链概述292 1332区块链的关键技术295 1333区块链的主要应用298 134基于隐私计算的数据安全303 1341隐私计算的关键技术303 1342隐私计算的主要应用309 1343隐私计算挑战与难题310 本章小结311 思考题311 参考文献312 第14章制造循环工业系统设计仿真平台314 141设计仿真平台理论与技术315 1411系统建模与仿真理论315 1412计算机图形学317 142设计仿真平台构建320 1421钢铁制造全流程设计仿真平台321 1422装备制造设计仿真平台323 1423基于“三传一反”的制造循环工业系统设计仿真平台325 本章小结329 思考题329 参考文献329 总结与展望331