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。

出版说明

前言

第1章  绪论1

1.1  信息技术与智能制造1

1.1.1  人工智能改变社会形态1

1.1.2 “互联网+”颠覆传统产业创新

理念2

1.1.3  信息技术带来新兴工业革命3

1.1.4  智能制造的概念5

1.2  智能制造的发展与意义5

1.2.1  智能制造发展的国家政策导向5

1.2.2  智能制造的意义6

1.3  中国智能制造发展现状和面临的

问题8

1.3.1  中国制造业主要领域发展情况8

1.3.2  中国智能制造发展面临的问题12

1.4  智能制造的目标与发展动向14

1.4.1  智能制造的目标14

1.4.2  智能制造的发展动向15

思考题16

第2章  制造系统概述17

2.1  制造系统及其作用17

2.1.1  制造与制造系统17

2.1.2  制造业的分类及其生产特点17

2.1.3  制造业的地位和作用22

2.2  制造系统的演进22

2.2.1  制造技术的发展及其作用23

2.2.2  制造模式的演进29

2.2.3  制造过程组织结构和管理方式

变化33

2.3  世界制造业发展格局变化34

2.4  制造业技术发展趋势35

思考题36

第3章  智能制造系统理论基础37

3.1  信息的概念、性质和作用37

3.1.1  信息论的形成37

3.1.2  信息的定义39

3.1.3  信息的性质40

3.1.4  信息的价值41

3.1.5  信息及信息科学技术的作用42

3.2  系统的概念与性质42

3.2.1  系统的概念43

3.2.2  系统的性质43

3.2.3  系统性能评价标准45

3.2.4  系统集成46

3.3  控制、管理与决策47

3.3.1  控制47

3.3.2  管理48

3.3.3  决策50

3.4  信息系统53

3.5  信息物理系统54

3.5.1  CPS的概念54

3.5.2  CPS的本质55

3.5.3  CPS的层级56

思考题56

第4章  企业信息化系统的体系结构与

功能57

4.1  企业信息化系统及其演进57

4.1.1  早期企业信息化系统57

4.1.2  计算机集成制造系统65

4.1.3  现行企业信息化体系结构68

4.2  企业现行信息化系统功能结构71

4.3  现行企业信息化系统存在的

问题和改进方向73

4.4  智能制造系统的功能结构74

4.5  现行企业信息化系统与智能制造

系统的关系77

思考题79

第5章  智能制造系统的内涵与体系

结构80

5.1  智能制造系统的内涵与系统架构

维度80

5.1.1  智能制造系统的内涵80

5.1.2  智能制造系统架构的维度解析80

5.1.3  中国智能制造的系统架构83

5.2  美国、德国、日本三国智能制造

系统的内涵与体系结构84

5.2.1  美国智能制造系统的内涵与体系

结构85

5.2.2  德国智能制造系统的内涵与体系

结构88

5.2.3  日本智能制造系统的内涵与体系

结构91

5.3  中国智能制造系统的体系结构94

5.3.1  智能制造的标准体系结构94

5.3.2  基础共性标准98

5.3.3  关键技术标准99

5.3.4  行业应用标准105

5.4  智能制造系统的基本特征与基本

功能106

5.4.1  智能感知107

5.4.2  智慧决策108

5.4.3  精准控制109

5.4.4  智能服务109

思考题111

第6章  基于信息物理系统的智能制造

系统112

6.1  基于CPS的智能制造系统体系

架构与基本概念112

6.1.1  基于CPS的智能制造系统体系

架构112

6.1.2  物理系统的概念112

6.1.3  信息系统的概念115

6.1.4  工厂数据中心的概念115

6.1.5  虚拟系统的概念115

6.2  智能制造系统的单元级CPS116

6.2.1  智能设备功能116

6.2.2  智能设备核心技术120

6.2.3  智能设备示例122

6.3  智能制造系统的系统级CPS126

6.3.1  物料管理功能127

6.3.2  产品质量管控功能128

6.3.3  流程协调优化功能129

6.3.4  设备智能运维与管理功能130

6.3.5  系统级CPS关键共性技术131

6.3.6  系统级CPS示例132

6.4  智能制造系统的SoS级CPS135

6.4.1  SoS级CPS物理系统135

6.4.2  SoS级CPS信息系统135

6.4.3  虚拟系统140

思考题143

第7章  智能制造的核心技术144

7.1  智能数据中心144

7.1.1  智能数据中心的基本特征144

7.1.2  智能数据中心的架构设计145

7.1.3  智能数据中心的典型应用149

7.2  支撑智能制造的网络系统150

7.2.1  工业互联网的特点150

7.2.2  全球工业互联网的发展概况151

7.2.3  我国工业互联网发展概况153

7.2.4  工业互联网体系架构简介155

7.2.5  工业互联网平台简介156

7.3  人工智能技术163

7.3.1  人工智能技术的产生及发展163

7.3.2  人工智能技术的研究现状164

7.3.3  人工智能技术的分类165

7.3.4  人工智能技术的主要应用领域166

7.4  状态感知技术166

7.4.1  早期的“感应器件（效应

物质）”167

7.4.2  专业元器件—传感器167

7.4.3  无线传感器网络168

7.4.4  大型整机类“巨型传感器”168

7.4.5  由生物或人组成的“复合型

传感器”169

7.4.6  状态信号特征提取169

7.4.7  智能产品中的传感器169

7.5  控制优化技术171

7.5.1  基于模型的控制优化技术171

7.5.2  系统辨识技术173

7.5.3  预测控制技术175

7.5.4  故障诊断技术176

7.5.5  智能调度技术177

7.6  科学决策技术180

7.6.1  科学决策概述180

7.6.2  智能制造中的决策问题181

7.6.3  科学决策技术及其在智能制造中的

应用183

7.7  虚拟制造与数字孪生技术187

7.7.1  虚拟制造与数字化工厂187

7.7.2  数字孪生技术190

思考题191

第8章  智能制造系统建模基础192

8.1  企业环境变化和智能制造系统

建模192

8.1.1  企业面临的环境变化192

8.1.2  企业建模需求193

8.2  企业建模195

8.2.1  企业建模的概念和目的195

8.2.2  企业建模的基本原则196

8.2.3  企业建模过程197

8.2.4  企业建模内容198

8.2.5  企业建模评价准则199

8.3  企业集成化建模方法与技术200

8.3.1  企业集成化建模的体系结构200

8.3.2  企业视图模型的关联与集成201

8.3.3  产品与资源建模202

8.3.4  过程建模204

8.3.5  信息建模204

8.3.6  功能建模207

8.3.7  组织建模208

思考题212

第9章  智能制造系统应用案例213

9.1  智能制造产线/工厂213

9.1.1  西门子数字工厂213

9.1.2  华晨宝马智能制造技术与集成

应用216

9.1.3  宝钢股份热轧1580智能制造

示范产线218

9.1.4  合力叉车工业互联网管控平台220

9.2  智能制造技术在产品/服务提升

方面的应用223

9.2.1  GE智慧航空运营服务223

9.2.2  压缩机智能运维大数据应用226

9.2.3  基于大数据的晶圆制造质量管控227

9.2.4  复杂结构件加工过程智能监控229

思考题232

附录  专有名词缩写233

参考文献237