本書以智能制造當前所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動柔性敏捷主導(dǎo)虛實互映融合云網(wǎng)邊端協(xié)同綠色低碳先行五個發(fā)展趨勢特征為主線，圍繞產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造、數(shù)字化工廠、運維與服務(wù)、供應(yīng)鏈的全生命周期智能化，通過闡述智能制造工程的基本概念與技術(shù)體系、基礎(chǔ)理論與典型模式，重點探討了產(chǎn)品研發(fā)智能增強、生產(chǎn)制造智能場景、數(shù)字化工廠建設(shè)、智能運維與服務(wù)升級、供應(yīng)鏈協(xié)同管控五個維度下關(guān)鍵概念與技術(shù)，并給出智能制造的新模式與跨學(xué)科發(fā)展趨勢。全書體系完整、重點突出、主線清晰，從理論、方法與技術(shù)的體系化視角，構(gòu)建起智能制造工程新工科專業(yè)核心課程知識體系。
本書可作為高等院校智能制造工程新工科專業(yè)本科生的教材，以及機械工程相關(guān)專業(yè)本科生和碩士研究生的參考教材，也可供智能制造專業(yè)的技術(shù)人員閱讀參考。
本書配有以下教學(xué)資源：教學(xué)課件、教學(xué)大綱、教學(xué)視頻和習(xí)題答案，歡迎選本書作教材的教師登錄www.cmpedu.com注冊后下載，或發(fā)郵件至jinacmp@163.com索取。
本書立足于智能制造工程新工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并結(jié)合校企協(xié)同、產(chǎn)教融合的研究型教學(xué)與項目制學(xué)習(xí)的教學(xué)創(chuàng)新需求，以滿足高等院校培養(yǎng)制造強國戰(zhàn)略所需智能制造領(lǐng)域緊缺人才之急需。本書從概念理論、方法技術(shù)、企業(yè)實踐的體系化視角，為國內(nèi)智能制造工程新工科專業(yè)基礎(chǔ)導(dǎo)論課、創(chuàng)新實踐課等提供了系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，打破傳統(tǒng)智能制造導(dǎo)論、關(guān)鍵技術(shù)、實踐應(yīng)用等內(nèi)容介紹的人為割裂，按照新工科理念，強調(diào)前沿技術(shù)趨勢的實踐與應(yīng)用以及跨學(xué)科內(nèi)容整合，圍繞產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、運維服務(wù)、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字化工廠等的智能化發(fā)展，共享制造、人本制造和認知制造等新興制造模式，以及工業(yè)元宇宙、具身智能、腦機接口、原子制造、量子計算、6G通信等前沿技術(shù)，構(gòu)建涵蓋智能制造工程的理論基礎(chǔ)、核心技術(shù)體系、最新發(fā)展趨勢與實踐等的系統(tǒng)化教材內(nèi)容。
在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，智能制造已成為世界各國搶占發(fā)展機遇的主攻方向。國家制造強國戰(zhàn)略明確指出以創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本為基本方針，其中人才是推動制造強國戰(zhàn)略最基礎(chǔ)、最根本的因素。隨著智能制造學(xué)科的發(fā)展，如何將新工科教育理念、跨學(xué)科知識體系融入專業(yè)課程與教材建設(shè)中，成為培養(yǎng)多元化、交叉創(chuàng)新的復(fù)合型智能制造工程專業(yè)人才需要解決的關(guān)鍵問題。因此，適應(yīng)新工科專業(yè)特色的教材建設(shè)迫在眉睫。
本書編寫組以北京理工大學(xué)智能制造工程新工科專業(yè)教學(xué)團隊為主體，聯(lián)合電子科技大學(xué)（深研院）、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、香港理工大學(xué)等高校的教師，以及中國五洲工程設(shè)計集團有限公司、北京奔馳汽車有限公司等企業(yè)的專家，在充分調(diào)研與分析當前已有的智能制造概論著作與教材的基礎(chǔ)上，遵循以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向的教學(xué)理念，緊扣新工科專業(yè)在新時期下面向卓越工程人才的培養(yǎng)需求、目標、特色，結(jié)合智能制造工程專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，確定教材知識邊界、章節(jié)脈絡(luò)、教材形態(tài)。
本書立足于智能制造工程新工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，并結(jié)合校企協(xié)同、產(chǎn)教融合的研究型教學(xué)與項目制學(xué)習(xí)的教學(xué)創(chuàng)新需求，以滿足高等院校培養(yǎng)制造強國戰(zhàn)略所需智能制造領(lǐng)域緊缺人才之急需。本書從概念理論、方法技術(shù)、企業(yè)實踐的體系化視角，為國內(nèi)智能制造工程新工科專業(yè)基礎(chǔ)導(dǎo)論課、創(chuàng)新實踐課等提供了系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，打破傳統(tǒng)智能制造導(dǎo)論、關(guān)鍵技術(shù)、實踐應(yīng)用等內(nèi)容介紹的人為割裂，按照新工科理念，強調(diào)前沿技術(shù)趨勢的實踐與應(yīng)用以及跨學(xué)科內(nèi)容整合，圍繞產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、運維服務(wù)、供應(yīng)鏈管理、數(shù)字化工廠等的智能化發(fā)展，共享制造、人本制造和認知制造等新興制造模式，以及工業(yè)元宇宙、具身智能、腦機接口、原子制造、量子計算、6G通信等前沿技術(shù)，構(gòu)建涵蓋智能制造工程的理論基礎(chǔ)、核心技術(shù)體系、最新發(fā)展趨勢與實踐等的系統(tǒng)化教材內(nèi)容。
全書共計9章，由閻艷、王儒、胡耀光、楊軍構(gòu)思了全書的結(jié)構(gòu)和大綱，并在編寫組集體研討的基礎(chǔ)上確定了各章節(jié)的細分結(jié)構(gòu)。第1、2章為智能制造工程的概述和理論基礎(chǔ)、技術(shù)體系與典型生產(chǎn)模式，由胡耀光、閻艷、王儒編寫。第3～7章圍繞產(chǎn)品智能研發(fā)、生產(chǎn)制造、數(shù)字化工廠、智能運維與服務(wù)升級、供應(yīng)鏈協(xié)同管控五個維度，分別從數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動柔性敏捷主導(dǎo)虛實互映融合云網(wǎng)邊端協(xié)同綠色低碳先行五個視角特征內(nèi)容展開。第3、4章由閻艷、楊軍牽頭編寫，其中第3章由閻艷、王儒編寫，4.1節(jié)由賴麗娟編寫，4.2節(jié)由楊軍、孫勇、張東星、郭秋泉編寫，4.3節(jié)由王儒、鄭湃編寫；第5章由馬志偉、李園牽頭編寫，其中5.1節(jié)、5.2節(jié)由李園、孫謀、毛國慶、郭明哲編寫，5.3.1節(jié)由郭東棟、杜文博、鄒尚博編寫，5.3.2節(jié)由賀凱編寫，5.3.3節(jié)由張大舜、郭克編寫；第6章由王佐旭牽頭編寫，其中6.1節(jié)由譚華春編寫，6.2節(jié)由王佐旭、郭東棟、孫勇編寫，6.3節(jié)由王佐旭、賴麗娟編寫；第7章由張延滋編寫。第8章介紹了共享制造、人本制造和認知制造三個代表性智能制造新模式，由彭濤、王浩楠編寫。第9章選取工業(yè)元宇宙、具身智能、腦機接口、原子制造、量子計算、6G通信等前沿技術(shù)，探討了新興智能制造技術(shù)的跨學(xué)科發(fā)展趨勢，由楊軍、孫勇、張東星、郭秋泉編寫。
本書在編寫過程中得到了國內(nèi)眾多專家學(xué)者與兄弟單位的支持，感謝北京理工大學(xué)敬石開教授、廣東工業(yè)大學(xué)冷杰武教授等參與編寫探討，感謝中國五洲工程設(shè)計集團有限公司、北京汽車股份有限公司、國機智能技術(shù)研究院有限公司、北京奔馳汽車有限公司對教學(xué)實踐環(huán)節(jié)和教材案例研討的大力支持，感謝北京理工大學(xué)對智能制造工程新工科專業(yè)教學(xué)改革的支持。感謝本書編寫過程中引用的各類參考文獻和資料的原作者及其單位。
鑒于編者對智能制造工程理論及技術(shù)理解有限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
前言
第1章 智能制造工程概述 1
學(xué)習(xí)目標 1
知識點思維導(dǎo)圖 1
1.1 智能制造工程的概念體系 2
1.1.1 智能制造的概念、行業(yè)發(fā)展與需求 2
1.1.2 智能制造工程的核心概念視圖 7
1.2 制造系統(tǒng)的智能化演進 9
1.2.1 制造系統(tǒng)的概念與構(gòu)成 9
1.2.2 制造系統(tǒng)自動化 14
1.2.3 制造系統(tǒng)數(shù)字化 15
1.2.4 制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化 18
1.2.5 制造系統(tǒng)智能化 19
1.3 智能制造驅(qū)動產(chǎn)品生命周期管理變革 20
1.3.1 產(chǎn)品生命周期管理的演進 20
1.3.2 智能制造重新定義產(chǎn)品邊界研發(fā)設(shè)計視角 21
1.3.3 智能制造重新定義制造范式生產(chǎn)制造視角 24
1.3.4 智能制造重構(gòu)產(chǎn)品運維模式運維服務(wù)視角 26
本章小結(jié) 27
習(xí)題 28
第2章 智能制造工程的理論基礎(chǔ)、技術(shù)體系與典型生產(chǎn)模式 29
學(xué)習(xí)目標 29
知識點思維導(dǎo)圖 29
2.1 智能制造工程的理論基礎(chǔ) 30
2.1.1 控制論 30
2.1.2 系統(tǒng)工程理論 35
2.1.3 信息物理系統(tǒng) 42
2.2 智能制造工程的技術(shù)體系 45
2.2.1 智能制造系統(tǒng)架構(gòu) 45
2.2.2 智能制造技術(shù)體系架構(gòu) 47
2.2.3 智能制造標準體系建設(shè)框架 50
2.3 智能制造工程的典型生產(chǎn)模式 51
2.3.1 生產(chǎn)模式的定義與演進 51
2.3.2 大規(guī)模生產(chǎn)方式 54
2.3.3 大規(guī)模定制生產(chǎn)方式 55
2.3.4 個性化生產(chǎn)方式 57
本章小結(jié) 61
習(xí)題 61
第3章 數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)智能增強 62
學(xué)習(xí)目標 62
知識點思維導(dǎo)圖 62
3.1 產(chǎn)品智能設(shè)計研發(fā)模式的演進 63
3.1.1 產(chǎn)品開發(fā)的基本認知 63
3.1.2 復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計 68
3.1.3 現(xiàn)代設(shè)計理論與方法 72
3.1.4 智能設(shè)計發(fā)展的新趨勢 84
3.2 數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動的智能增強技術(shù) 89
3.2.1 數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動的關(guān)鍵基礎(chǔ)智能技術(shù) 90
3.2.2 數(shù)據(jù)與知識融合驅(qū)動的集成應(yīng)用智能技術(shù) 94
3.3 數(shù)據(jù)與知識驅(qū)動的產(chǎn)品智能設(shè)計場景 97
3.3.1 運載火箭一二級分離系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計 97
3.3.2 自主移動機器人懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 101
本章小結(jié) 104
習(xí)題 104
第4章 柔性敏捷主導(dǎo)的生產(chǎn)制造智能場景 105
學(xué)習(xí)目標 105
知識點思維導(dǎo)圖 105
4.1 柔性敏捷制造系統(tǒng) 106
4.1.1 柔性制造系統(tǒng) 106
4.1.2 敏捷制造的內(nèi)涵與特征 109
4.1.3 柔性敏捷制造的實現(xiàn) 111
4.1.4 柔性敏捷主導(dǎo)的智能企業(yè)實踐案例 113
4.2 柔性成形工藝制造系統(tǒng) 116
4.2.1 柔性成形工藝與裝備技術(shù) 116
4.2.2 柔性成形材料 120
4.2.3 柔性成形的發(fā)展趨勢 122
4.2.4 柔性輥壓成形制造系統(tǒng)案例 122
4.3 人機交互與協(xié)作 131
4.3.1 人機交互方式 131
4.3.2 人機協(xié)作 132
4.3.3 電動汽車老化電池拆卸人機協(xié)作案例 137
本章小結(jié) 138
習(xí)題 139
第5章 虛實互映融合的數(shù)字化工廠建設(shè) 140
學(xué)習(xí)目標 140
知識點思維導(dǎo)圖 140
5.1 數(shù)字化工廠畫像 141
5.1.1 數(shù)字化工廠的定義與內(nèi)涵 141
5.1.2 數(shù)字化工廠的典型特征 142
5.1.3 數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容 143
5.2 數(shù)字化工廠的實施路徑 146
5.2.1 現(xiàn)狀及需求分析 146
5.2.2 實施目標及策略 147
5.2.3 轉(zhuǎn)型實施步驟 148
5.2.4 效果評價體系 149
5.3 數(shù)字化工廠建設(shè)典型案例 150
5.3.1 車輛制造企業(yè)數(shù)字化工廠建設(shè)案例 150
5.3.2 某研發(fā)試制中心數(shù)字化建設(shè)案例 154
5.3.3 某彈藥壓藥生產(chǎn)線數(shù)字化建設(shè)案例 156
本章小結(jié) 158
習(xí)題 158
第6章 云網(wǎng)邊端協(xié)同的智能運維與服務(wù)升級 159
學(xué)習(xí)目標 159
知識點思維導(dǎo)圖 159
6.1 云網(wǎng)邊端智能運維與服務(wù)一體化架構(gòu) 160
6.1.1 運維服務(wù) 160
6.1.2 智能運維服務(wù) 163
6.1.3 云網(wǎng)邊端智能運維服務(wù)一體化架構(gòu) 166
6.2 制造系統(tǒng)的設(shè)備故障預(yù)測與健康管理 171
6.2.1 設(shè)備故障預(yù)測與健康管理 171
6.2.2 故障預(yù)測關(guān)鍵技術(shù) 175
6.2.3 剩余壽命預(yù)測方法 176
6.2.4 機械設(shè)備健康狀態(tài)評估發(fā)展趨勢 177
6.2.5 北京奔馳預(yù)測性維護案例 178
6.3 智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng) 182
6.3.1 產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)和智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的概念 182
6.3.2 智能制造中的智能產(chǎn)品與智能服務(wù) 185
6.3.3 智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)流程 186
6.3.4 廣汽智能服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用案例 189
本章小結(jié) 192
習(xí)題 192
第7章 綠色低碳先行的供應(yīng)鏈協(xié)同管控 193
學(xué)習(xí)目標 193
知識點思維導(dǎo)圖 193
7.1 綠色低碳供應(yīng)鏈的重要性和背景 194
7.1.1 環(huán)境可持續(xù)與供應(yīng)鏈管理 194
7.1.2 綠色低碳技術(shù)的發(fā)展 199
7.2 全過程綠色低碳供應(yīng)鏈的協(xié)同優(yōu)化 203
7.2.1 綠色采購與供應(yīng)商管理 203
7.2.2 綠色生產(chǎn) 205
7.2.3 綠色運輸與分銷 207
7.2.4 綠色回收 211
7.3 綠色低碳供應(yīng)鏈的協(xié)同管控策略 214
7.3.1 協(xié)同管控策略框架 214
7.3.2 數(shù)字化 綠色化 協(xié)同化供應(yīng)鏈的科學(xué)內(nèi)涵 215
7.3.3 利用信息技術(shù)實現(xiàn)協(xié)同 216
7.3.4 政策支持 217
7.4 全鏈條供應(yīng)鏈的碳資產(chǎn)管理 218
7.4.1 碳足跡的評估與監(jiān)測 219
7.4.2 碳資產(chǎn)的管理與貿(mào)易 222
7.4.3 行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)碳管理案例 223
7.5 綠色低碳供應(yīng)鏈協(xié)同管理案例 227
7.5.1 企業(yè)綠色供應(yīng)鏈集成方案 227
7.5.2 企業(yè)數(shù)字化綠色化協(xié)同策略 229
7.5.3 企業(yè)零碳政策 230
本章小結(jié) 231
習(xí)題 231
第8章 智能制造新模式 232
學(xué)習(xí)目標 232
知識點思維導(dǎo)圖 232
8.1 共享制造 233
8.1.1 共享制造的起源 233
8.1.2 共享制造的內(nèi)涵 234
8.1.3 共享制造的案例 238
8.1.4 共享制造的挑戰(zhàn) 241
8.2 人本制造 242
8.2.1 人本制造的起源 243
8.2.2 人本制造的內(nèi)涵 244
8.2.3 人本制造的案例 247
8.2.4 人本制造的挑戰(zhàn) 248
8.3 認知制造 249
8.3.1 認知制造的起源 249
8.3.2 認知制造的內(nèi)涵 250
8.3.3 認知制造的案例 253
8.3.4 認知制造的挑戰(zhàn) 254
本章小結(jié) 255
習(xí)題 255
第9章 新興智能制造跨學(xué)科發(fā)展趨勢 256
學(xué)習(xí)目標 256
知識點思維導(dǎo)圖 256
9.1 工業(yè)元宇宙 257
9.2 具身智能 259
9.3 腦機接口 262
9.4 原子制造 263
9.5 量子計算 264
9.6 6G通信 265
本章小結(jié) 266
習(xí)題 266
參考文獻 267
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