本書系2019年出版教材《智能制造: 理念、系統(tǒng)與建模方法》的第3版,經(jīng)過了多輪研究生課程教學實踐的檢驗,獲得2020年同濟大學優(yōu)秀教材獎。
隨著電子信息、機械工程、系統(tǒng)工程和管理科學等學科的發(fā)展,特別是以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、大模型等為代表的新一代信息技術(shù)推動了智能制造理念、制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)的根本性轉(zhuǎn)變,以數(shù)字經(jīng)濟鼎新帶動制造業(yè)革故,助力制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。加上課題組自身獲得的豐碩科研成果,我們深切感到必須加深與拓寬課程的內(nèi)容,特別是需要編寫出能反映數(shù)字經(jīng)濟時代下智能制造理念和技術(shù)沿革、新內(nèi)涵以及相關(guān)成果的教學參考書。此外,新形態(tài)教材(如紙質(zhì) 數(shù)字化資源教材、融合虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實的多介質(zhì)教材等)打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的局限性,添加了可視性強的動態(tài)圖例,增強了教材的表現(xiàn)力和吸引力,可有效服務(wù)于線上課堂教學、混合式教學等新型教學模式。《智能制造: 理念、系統(tǒng)與建模方法》(第3版)就是為適應這些新的變化和要求,在第1版和第2版的基礎(chǔ)上,結(jié)合近幾年來教學與研究的實踐而修訂的,以使研究生能夠及時地獲取新一代信息技術(shù)環(huán)境下智能制造領(lǐng)域最新理念、系統(tǒng)與建模方法,掌握從事制造系統(tǒng)相關(guān)工程設(shè)計與實踐所需要的基本能力。
本書以新一代智能制造理念為起點,講述新一代信息技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)的滲透、支持和沖擊,給制造業(yè)帶來的挑戰(zhàn)和機遇,以及智能制造技術(shù)及系統(tǒng)的發(fā)展與沿革,并且系統(tǒng)地介紹了智能制造的理念、系統(tǒng)及建模方法等內(nèi)容。在編寫過程中,我們以國內(nèi)外最新的研究成果和實踐經(jīng)驗充實本書的內(nèi)容; 以系統(tǒng)論和方法論為指導,提升本書的學術(shù)水平,強化課程的科學性和系統(tǒng)性。本書是在多年高水平科研項目的帶動下創(chuàng)建,并得到長足的發(fā)展,我們將多年來科研中遇到的問題和獲得的成果加以總結(jié)、系統(tǒng)化,并與國家的智能制造戰(zhàn)略指導思想融合,較全面、系統(tǒng)地闡述了智能制造理念、系統(tǒng)與建模方法。本書能使讀者直接面對國民經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場,在實施中國制造2025新一代人工智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展等重大戰(zhàn)略中發(fā)揮作用。綜上所述,相信本書的出版將具有一定的學術(shù)價值。
本書既注重系統(tǒng)性和科學性又注重實用性,既有綜合性又有專門深入的論述。其主要特色是: 系統(tǒng)地介紹了制造業(yè)的發(fā)展歷程、新一代信息技術(shù)對制造業(yè)影響下的制造模式與系統(tǒng)的變革過程,人機物融合智能制造模式的產(chǎn)生,以及當前流行的智能制造觀,如工業(yè)4.0工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人機物融合的智能制造等; 詳細地介紹了智能制造技術(shù)體系及系統(tǒng)構(gòu)成,包括智能研發(fā)與設(shè)計系統(tǒng)、智能生產(chǎn)系統(tǒng)、智能管理與服務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品智能服務(wù)系統(tǒng)等內(nèi)容; 系統(tǒng)地介紹了智能制造系統(tǒng)的建模方法體系,如建模方法論、參考體系結(jié)構(gòu)和建模方法工具等; 較全面地闡述了實際系統(tǒng)開發(fā)中已采用或正在興起的技術(shù),涉及面廣,內(nèi)容豐富; 努力反映國家智能制造和新一代人工智能的戰(zhàn)略部署及實施情況。
本書受到國家重點研發(fā)計劃鏈主企業(yè)管控的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺研發(fā)及應用示范(2024YFB3312300)、國家自然科學基金基于可遷移表示學習的多源弱標注信號特征提取與智能預測(62273261)等項目的資助。本書的編寫經(jīng)過多輪研究生教學實踐的檢驗和驗證,效果良好。全書由劉敏策劃、編著,特別要感謝嚴雋薇、馬玉敏、戴毅茹和凌衛(wèi)青為本書第1版《智能制造: 理念、系統(tǒng)與建模方法》(2019年出版)和早期版本《現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)概論: 理念、方法、技術(shù)、設(shè)計與實施》(2004年出版)所做的大量工作。本版內(nèi)容得到同濟大學電子與信息工程學院系統(tǒng)工程專業(yè)研究生左亮卿、孟可奧等的協(xié)助,他們?yōu)楸緯鄠章節(jié)科技前沿和思政元素模塊的素材編寫付出了辛勤勞動,在此表示衷心感謝。
智能制造涉及的知識面越來越廣泛,而且是一門持續(xù)發(fā)展的交叉學科。限于我們的水平,書中不妥之處在所難免,懇請廣大讀者批評指正。
劉敏
2025年2月
第1章制造業(yè)簡史
1.1制造業(yè)的發(fā)展歷程
1.1.1蒸汽動力時代
1.1.2電動力時代
1.1.3信息經(jīng)濟時代
1.1.4數(shù)字經(jīng)濟時代
1.2信息技術(shù)對制造業(yè)的影響
1.2.1信息技術(shù)及其社會作用
1.2.2信息技術(shù)對制造業(yè)的挑戰(zhàn)
習題
第2章制造模式與系統(tǒng)的變革
2.1制造模式的變革
2.1.1制造模式模型
2.1.2制造模式的發(fā)展階段
2.1.3各工業(yè)強國制造模式的變革過程
2.1.4中國智能制造的部分內(nèi)容
2.2制造系統(tǒng)的發(fā)展
2.2.1計算機集成制造系統(tǒng)
2.2.2現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)
2.2.3智能制造系統(tǒng)
習題
第3章智能制造技術(shù)
3.1概述
3.2工業(yè)4.0的智能制造技術(shù)
3.2.1智能工廠的概念
3.2.2工業(yè)4.0的核心特征
3.2.3信息物理系統(tǒng)
3.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能制造技術(shù)
3.3.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)框架
3.3.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)
3.4中國制造2025的智能制造技術(shù)
3.5智能制造的技術(shù)體系架構(gòu)
3.5.1智能制造技術(shù)的構(gòu)成及體系結(jié)構(gòu)
3.5.2新一代信息技術(shù)支撐的智能工廠體系結(jié)構(gòu)
3.5.3面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智慧企業(yè)協(xié)作框架
習題
第4章人機物融合的智能制造模式與機理
4.1人機物融合智能與系統(tǒng)
4.1.1人機融合智能
4.1.2人機物融合系統(tǒng)
4.2人機物融合的智能制造模式
4.2.1可持續(xù)商業(yè)模式創(chuàng)新
4.2.2HCPS 2.0驅(qū)動的智能制造系統(tǒng)
4.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平臺
4.3人機物融合的智能制造機理
4.3.1人機物融合制造機理
4.3.2人機物協(xié)同感知、認知和決策
習題
第5章智能制造系統(tǒng)的組成
5.1制造企業(yè)的功能和生產(chǎn)組織方式
5.1.1傳統(tǒng)制造企業(yè)的生產(chǎn)組織方式
5.1.2現(xiàn)代制造企業(yè)的生產(chǎn)組織方式
5.2智能研發(fā)與設(shè)計系統(tǒng)
5.2.1研發(fā)與工藝設(shè)計系統(tǒng)概述
5.2.2產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與研發(fā)管理模式
5.2.3產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計系統(tǒng)
5.2.4基于產(chǎn)品定義模型的智能研發(fā)和設(shè)計方法
5.3智能生產(chǎn)系統(tǒng)與智能工廠
5.3.1智能生產(chǎn)系統(tǒng)的組成
5.3.2面向智能生產(chǎn)過程的幾個概念
5.4智能管理與服務(wù)系統(tǒng)
5.4.1智能管理與服務(wù)技術(shù)體系
5.4.2智能運營管理與服務(wù)系統(tǒng)
5.4.3智能物流與供應鏈系統(tǒng)
5.4.4產(chǎn)品智能服務(wù)系統(tǒng)
5.5面向流程工業(yè)的智能制造系統(tǒng)
5.5.1連續(xù)型制造業(yè)的特點
5.5.2流程工業(yè)的制造系統(tǒng)
習題
第6章制造系統(tǒng)的建模方法論與參考體系結(jié)構(gòu)
6.1企業(yè)建模方法論
6.1.1企業(yè)建模理論與方法
6.1.2制造系統(tǒng)的建模方法論
6.2企業(yè)建模與診斷
6.2.1企業(yè)整體解決方案
6.2.2企業(yè)整體解決方案的集成平臺
6.2.3企業(yè)集成建模與診斷
6.3制造系統(tǒng)的參考體系結(jié)構(gòu)
6.3.1面向集成制造的參考體系結(jié)構(gòu)
6.3.2面向智能制造的參考體系結(jié)構(gòu)
6.3.3中國制造2025的智能制造參考架構(gòu)
6.3.4虛實結(jié)合的智能制造參考架構(gòu)
習題
第7章制造系統(tǒng)的建模方法及工具
7.1IDEF系列方法
7.1.1IDEF0方法
7.1.2IDEF1x方法
7.2ARIS控制視圖的過程鏈方法
7.2.1基于流程(過程)控制的ARIS建模方法
7.2.2ARIS控制視圖的過程鏈描述語言
7.3面向?qū)ο蟮腎2DEF方法
7.3.1I2DEF方法簡介
7.3.2I2DEF建模
習題
第8章制造系統(tǒng)全生命周期實施過程及方法
8.1企業(yè)信息系統(tǒng)全生命周期實施過程
8.1.1企業(yè)診斷階段
8.1.2需求分析階段
8.1.3系統(tǒng)設(shè)計階段
8.1.4實施與運行維護階段
8.2制造系統(tǒng)的需求分析方法
8.2.1企業(yè)現(xiàn)狀分析
8.2.2企業(yè)面臨的問題及對策分析
8.2.3系統(tǒng)的需求與目標
8.3制造系統(tǒng)的實施方法
8.3.1總體方案的規(guī)劃內(nèi)容
8.3.2分系統(tǒng)的規(guī)劃內(nèi)容
8.4面向制造系統(tǒng)全生命周期的建模工具
8.5設(shè)計標準與規(guī)范
8.5.1國際標準
8.5.2ISO/TC184
8.5.3國家標準
習題
參考文獻