智能制造系统基础东北大学信息科学与工程学院_东北大学信息科学与工程学院_9787111741992

本书是由东北大学信息科学与工程学院组织编著，围绕智能制造系统的社会实际需求的工业智能专业系列教材之一。
智能制造正在世界范围内兴起，这是制造业信息化技术发展的必然，也是信息化、自动化和人工智能向纵深发展的结果。智能制造能实现各种制造过程的自动化、智能化、精益化、绿色化，能带动装备制造业整体技术水平的提升。如何让更多从业者了解智能制造系统的理念，并将其落地实现是目前热门的研究课题。本书以信息技术与智能制造的发展为开端，在对智能制造系统理论基础、企业信息化系统的体系结构与功能论述的基础上，给出了当前智能制造系统的内涵与体系结构的主流定义和特征，提出并设计了一种基于信息物理系统的智能制造系统新架构，从应用角度介绍了智能制造的系列核心技术和企业集成化建模方法，最后给出智能制造系统当下的应用案例供读者参考。
本书可供从事企业信息化、自动化和智能制造工作的管理人员和工程技术人员参考，也可作为自动化、工业智能、系统工程、智能制造等相关专业或研究方向的本科生与研究生的教学参考书。

制造是人类创造物质财富的最基本的实践活动，是人类文明发展的基础。随着人类社会的进步与发展，人类创造物质财富的生产方式和制造技术也在不断地进步与发展。进入21世纪以后，制造企业面临的社会环境、市场环境和技术环境发生了巨大的变化，突出表现在以下方面：
1）人类社会正面临着能源与资源危机、生态与环境危机等挑战。随着社会的进步和经济发展，人们的环保意识和要求大幅提升。这就要求企业不仅要为社会提供实用的高质量产品，还要承担社会可持续发展责任。提高资源效率，降低环境污染，实现社会生产力增长与不可再生资源要素全面脱钩，达到人类与自然和谐共生，成为可持续发展的目标。因此，启动绿色工业革命成为世界发展的新趋势。
2）企业面临着日益激烈的市场竞争环境。经济全球化使得每个企业必须面对世界各地其他企业的竞争，利用企业自身区位优势占领市场将变得越来越困难。一方面，多样化和个性化的产品与服务成为市场需求的主要特征，产品销售从卖方市场变为买方市场；另一方面，市场需求的变化呈现快速性和不可预测性的特点，产品的生命周期越来越短，客户对产品的品种和规格需求越来越细化，对产品质量的要求越来越高。这种对产品多样性和个性化服务的需求，以及需求的动态变化和不可预测，导致了通过大批量生产获取利润的传统制造模式，已经不能满足企业的生存和发展需要。这要求企业必须迅速适应市场的变化，缩短产品研发和制造周期，提高生产率，降低成本，提供高质量产品和个性化服务。
3）科学技术快速发展，管理理念日新月异，各种新技术，尤其是新一代信息技术在各行业得到广泛而深入的应用。通过三次工业革命，人类社会和经济发展进入了空前繁荣的时代，不仅创造了巨大物质财富，更是创造出丰富的知识财富，新产品、新业态、新模式和新理念不断产生。这不仅促进了传统制造企业向新型制造模式转化，同时也为企业减耗增效、提升科技水平和竞争力提供了理论支撑和技术手段。
这些变化在世界范围内引发了改进制造模式的热潮，制造业正朝着自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向发展。敏捷制造、绿色制造、智能制造等新型制造模式的新思想、新理念相继诞生并被应用。运用信息技术和智能技术对制造系统及其环境要素（包括人员、设备、组织、流程、市场、物质流、资金流、能量流和信息流等）进行集成优化控制与管理，已被公认为是解决制造业的ETQCS难题的有效手段，即以良好的环境意识（E，Environment）、最快的上市速度（T，Time to Market）、可靠的质量（Q，Quality）、较低的成本（C，Cost）、优质的服务（S，Service）来提高制造业的竞争力。
在这样的背景下，以智能为主题的第四次工业革命正在逐渐形成。此次工业革命的核心就是将新一代的信息技术和方法与传统的制造过程进行有机融合，形成一种支持新型制造模式的一体化智能制造系统。其中，新一代信息技术包括物联网、云计算、大数据、人工智能等，是驱动制造过程中其他技术的大脑和神经中枢。党的二十大报告指出，“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力”“开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”智能制造正在世界范围内兴起，是制造业信息化技术发展的必然趋势，正在带动装备制造业整体技术水平大幅提升。
实现智能制造需要对制造过程及其控制与管理模式进行重新审视和定义。本书编写的主要目的是：通过介绍制造模式及其组织管理和信息化系统的演进，分析制造系统各发展阶段的特点，明晰现行制造系统与未来智能制造系统的差异，并且从信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）的新视角设计了一种智能制造系统的新结构，阐述了其各环节的功能和技术内涵。
本书着重从信息化系统构建的视角阐述了智能制造系统及其相关概念的演进、构成和技术内涵。全书共9章，其中第1章绪论，介绍了智能制造产生的社会和技术背景，阐述了智能制造的基本概念、智能制造的目标以及发展方向；第2章制造系统概述，介绍了制造系统的概念和分类，制造系统及其组织管理模式的演进，进而阐述了制造系统的作用和发展趋势；第3章智能制造系统理论基础，介绍了与智能制造系统密切相关的信息、系统、控制、管理、决策和信息物理系统的基本概念及其性质与作用，为深入理解智能制造系统的构成和技术内涵奠定基础；第4章企业信息化系统的体系结构与功能，介绍了企业信息化系统的发展历程，分析了企业现行信息化系统存在的问题，以及与智能制造系统的区别与联系；第5章智能制造系统的内涵与体系结构，在介绍智能制造系统基本架构的基础上，分析了美国、德国、日本智能制造系统的体系结构和内涵，着重阐述了中国智能制造系统的体系结构、主要特征和基本功能；第6章基于信息物理系统的智能制造系统，设计了基于CPS的智能制造系统的基本概念与体系架构，详细阐述了单元级、系统级和企业级智能制造系统的构成、共性技术及功能；第7章智能制造的核心技术，介绍了智能制造系统涉及的共性关键技术，包括智能数据中心、工业互联网、人工智能技术、状态感知技术、控制优化技术、科学决策技术以及虚拟制造与数字孪生技术；第8章智能制造系统建模基础，从智能制造系统的建设与改进出发，介绍了企业集成化建模的基本思想和相关技术方法，包括产品与资源建模、过程建模、功能建模和组织建模等；第9章智能制造系统应用案例，结合当前的实际应用案例介绍了智能制造产线的构成，以及智能制造技术在提升产品质量与服务水平方面的应用。
本书的编者均来自东北大学智能技术与应用研究所，均长期从事企业信息化、自动化等领域课题的研究开发工作，已完成了百余项国家、省部级和企业合作课题，在2019年，完成了“河钢智能制造产线总体规划与设计”课题，为本书撰写积累了坚实的理论基础和大量的实际素材。
本书由李鸿儒教授和庞哈利教授统筹与规划。具体分工为：李鸿儒负责撰写第1、5章，庞哈利负责撰写第2、3、4、8章（其中3.5节由贾明兴撰写），贾明兴负责撰写第6章（其中6.2.3节由袁平撰写），尤富强负责撰写第7章7.1～7.3节及7.5节，其中7.4节由陈春华撰写，7.6节由牛大鹏撰写，7.7节由庞哈利和尤富强共同撰写，杨英华负责撰写第9章。
本书是在借鉴了大量参考文献的基础上，结合编者的科研教学实践编著而成的。衷心感谢这些参考文献对本书编者的启示和帮助。
智能制造涉及的技术领域极其广泛，且正处于快速发展过程之中。由于掌握资料有限，加之编者水平有限，书中难免存在不足，敬请读者谅解并欢迎批评指正。

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