在全球制造业加速向智能化转型的时代背景下，新一轮科技革命与产业变革正深刻重塑全球产业链格局。人工智能、工业互联网、数字孪生等技术的突破，推动制造业从;自动化向;自主化、服务化、绿色化演进。我国;十四五规划明确提出加快数字化发展、建设数字中国，智能制造作为制造业数字化转型的核心方向，已成为提升国家核心竞争力的关键领域。然而，当前国内智能制造领域教材多侧重理论框架，缺乏对技术落地与行业实践的系统性梳理，亟需一本融合理论深度与实践案例的专业教材，以满足产业升级对复合型人才培养的需求。本书旨在构建一套既符合学术逻辑又贴近产业实际的知识体系，为读者提供从理论到实践的完整认知链条。一方面，帮助高校学生与科研人员系统掌握智能制造核心技术架构，理解技术间的协同逻辑；另一方面，为制造业从业者提供可复用的应用范式，助力企业解决智能化转型中的技术选型、系统集成与场景落地难题。通过理论阐释与案例解析的双向渗透，推动;技术认知场景应用创新实践的能力闭环培养，填补当前市场对;理论十案例复合型教材的空白。本书在上篇;智能制造系统概论中，从基础概念切入，逐层解析智能制造系统的定义、本质特征与发展趋势。第1章追溯工业1.0到工业4.0的技术演进，对比国内外战略布局，揭示智能制造的核心驱动要素；第2章聚焦系统架构，详细阐述参考模型、构成要素与标准化体系，结合离散与连续智能制造系统模型，解析信息物理系统（CPS）的技术架构与应用逻辑，为后续技术章节奠定理论基础。在中篇;智能制造系统关键使能技术与软硬件装备中，深度拆解几大核心技术模块：智能传感的多模态融合与边缘计算集成、工业互联网与物联网的架构差异、大数据驱动的智能决策机制、云计算与边缘计算的协同范式、VR（虚拟现实）/AR（增强现实）/MR（混合现实）的虚实交互技术、数字孪生的全生命周期管理。每章均以;技术原理技术关键点应用场景为主线，结合西门子、特斯拉等企业的实践案例，展现技术落地路径。同时，对智能数控机床、工业机器人、智能物流设备等硬件装备的控制原理、系统组成及行业应用展开详解，覆盖从单机智能化到产线协同的全链条技术要点。在下篇;应用案例解析中，精选三大典型案例：纺织行业西服生产系统的智能调度、复杂薄壁结构虚拟装配技术、直升机装配生产线的多源数据融合应用。通过;背景技术技术内涵实现路径应用成效的解析模式，揭示智能制造技术在离散制造、精密装配、复杂系统集成中的具体实施策略，展现技术如何破解传统生产中的效率瓶颈与质量管控难题，为读者提供可借鉴的场景化解决方案。本书具有如下特色：（1）理论与实践深度融合：突破传统教材重理论轻应用的局限，阐述技术的各章节均配备工业界典型案例（如宝马数字孪生工厂、海尔互联工厂），通过;技术原理十企业实践的双轨叙述，强化读者对技术落地的直观理解。（2）前沿技术全覆盖：追踪行业技术前沿，全面涵盖5G十边缘计算、生成式AI赋能数字孪生、工业互联网安全体系等新兴领域，确保知识体系的时效性与前瞻性。（3）系统化架构设计：以;概论技术案例为逻辑主线，从宏观架构到微观技术再到场景应用逐层递进，兼顾学术系统性与产业实用性。（4）行业痛点导向：针对制造业转型中的共性难题（如数据孤岛、设备互联、柔性生产），提供从技术选型到系统集成的全流程解决方案，助力读者建立问题导向的思维模式。全书上篇由梁帅帅、张美杰、郭飞燕编写；中篇由辛博、刘天元、张美杰、梁帅帅、王津、郭飞燕编写；下篇由郭飞燕、刘天元编写。郭飞燕、辛博负责全书内容的策划与综合。本书在编写过程中得到了北京科技大学、东北大学、东华大学等单位有关领导和同事的关心和帮助，在此致以谢意。智能制造是一场永不停歇的技术革命，本书虽力求全面，仍难免存在疏漏。期望本书能成为读者探索智能制造领域的基石，也恳请学界与业界同仁不吝指正，共同推动我国智能制造理论与实践的创新发展。

编著者

《智能制造系统与应用案例解析》围绕智能制造系统展开全面剖析。上篇介绍智能制造系统概论，阐述其定义、本质与内涵、发展历程、架构、模型及信息物理系统等基础知识，让读者对智能制造系统有宏观认知。中篇深入探讨关键使能技术与软硬件装备，涵盖智能传感、工业互联网、大数据等核心技术，以及智能数控机床、工业机器人等设备，剖析技术原理、应用场景及发展趋势。下篇通过纺织行业、复杂薄壁结构虚拟装配、直升机装配生产线等应用案例，展示智能制造系统在实际生产中的应用和成效。本书的电子课件和习题及参考答案可扫下方二维码获取。本书可作为高等院校智能制造、工业工程等专业师生的参考书籍，助力其系统学习专业知识；也适合制造业从业者、相关领域技术人员阅读，帮助他们深入理解智能制造技术，为工作实践提供指导；同时，对关注制造业发展、智能制造趋势的人士来说，也是了解该领域的优质读物。

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上篇：智能制造系统概论第1章 智能制造系统概述 0021.1 智能制造系统的基础概念 0031.1.1 智能制造系统定义 0031.1.2 智能制造系统的本质与内涵 0041.2 智能制造的发展历程 0071.2.1 国外智能制造发展历程 0071.2.2 国内智能制造发展历程 0111.3 智能制造系统发展路径和趋势 0151.3.1 智能制造系统发展阶段与路径 0151.3.2 智能制造系统未来趋势 0171.4 本章小结 019思考题 019第2章 智能制造系统模型 0202.1 智能制造系统架构 0212.1.1 智能制造系统参考模型 0212.1.2 智能制造系统总体环节 0292.1.3 智能制造系统基本构成要素 0332.1.4 智能制造系统标准化 0342.2 离散与连续智能制造系统模型 0392.2.1 离散智能制造系统模型 0392.2.2 连续智能制造系统模型 0452.3 信息物理系统 0542.3.1 信息物理系统概述 0542.3.2 信息物理系统的架构和层次 0542.3.3 信息物理系统的特征 0572.3.4 信息物理系统的应用 0582.4 本章小结 064思考题 064

中篇：智能制造系统关键使能技术与软硬件装备第3章 智能制造系统支撑/核心技术 0663.1 智能传感 0673.1.1 智能传感的内涵 0673.1.2 智能传感的关键技术 0703.1.3 智能传感在智能制造中的应用 0743.2 工业物联网和工业互联网 0783.2.1 工业物联网 0783.2.2 工业互联网 0823.3 大数据 0873.3.1 大数据的内涵 0883.3.2 大数据的技术关键点 0883.3.3 大数据在智能制造中的应用 0913.4 云计算 0953.4.1 云计算的产生背景 0953.4.2 云计算的定义 0963.4.3 云计算技术特征、组成、模型分类 0973.4.4 云计算的相关技术 0983.4.5 云计算的系统架构 0993.4.6 云计算技术在工业中的应用过程 1003.4.7 云计算技术的发展趋势 1013.5 边缘计算 1023.5.1 边缘计算的产生背景 1023.5.2 边缘计算的定义 1023.5.3 边缘计算的技术特征及组成 1033.5.4 边缘计算技术的系统架构和核心技术 1043.5.5 边缘计算技术在工业中的应用 1043.5.6 边缘计算技术的发展趋势 1053.6 虚拟现实、增强现实和混合现实 1063.6.1 VR、AR和MR的产生背景 1063.6.2 VR、AR和MR的定义 1083.6.3 VR、AR和MR技术特征、技术组成、设备 1093.6.4 VR、AR和MR的系统架构和核心技术 1113.6.5 VR、AR和MR在工业中的应用过程 1133.6.6 VR、AR和MR技术的发展趋势 1153.7 数字孪生 1153.7.1 数字孪生技术的产生背景 1153.7.2 数字孪生技术的定义 1173.7.3 数字孪生的组成、分类 1183.7.4 数字孪生的系统架构和核心技术 1193.7.5 数字孪生在工业中的应用过程 1213.7.6 数字孪生技术的发展趋势 1223.8 本章小结 122思考题 123第4章 智能制造系统单元 1244.1 智能数控机床 1254.1.1 智能数控机床的发展与定义 1254.1.2 智能数控机床的特征 1264.1.3 智能数控机床控制原理与系统组成 1274.1.4 智能数控机床技术 1284.1.5 智能控制技术在机床加工中的具体应用 1304.2 智能工业机器人 1324.2.1 智能工业机器人的定义与发展历程 1324.2.2 智能工业机器人的特征 1334.2.3 智能工业机器人的关键技术 1344.2.4 智能工业机器人的分类与应用 1364.3 智能物流设备 1384.3.1 智能物流设备的概念 1384.3.2 智能物流设备的分类 1394.3.3 智能物流设备的特征 1404.3.4 智能物流技术 1414.3.5 智能物流设备的发展 1424.4 智能测量设备 1434.4.1 智能测量设备的概念 1434.4.2 智能测量设备的分类及应用 1434.4.3 智能测量设备的发展历程 1444.4.4 智能测量设备的发展趋势 1464.4.5 智能测量设备的应用案例 1474.5 智能工厂与车间 1484.5.1 智能工厂与车间的概念 1484.5.2 智能工厂与车间的发展历程 1494.5.3 智能工厂与车间的系统架构 1514.5.4 智能工厂与车间的特点 1524.5.5 智能工厂与车间的实例 1534.6 智能工业软件 1554.6.1 智能工业软件的概述 1554.6.2 研发设计类工业软件 1574.6.3 生产控制类工业软件 1594.6.4 经营管理类工业软件 1624.6.5 智能工业软件的发展趋势 1644.7 本章小结 165思考题 166第5章 智能制造系统规划与调度 1675.1 智能制造系统规划 1685.1.1 智能制造系统工艺规划 1685.1.2 智能制造系统车间规划 1735.1.3 智能制造系统工厂规划 1795.2 智能制造系统调度 1815.2.1 智能制造系统调度概述 1815.2.2 智能制造系统调度方法 1845.2.3 智能制造系统调度典型案例 1865.3 本章小结 190思考题 190第6章 智能制造系统建模方法与工具 1916.1 智能制造系统建模概述 1926.2 制造系统建模方法论 1926.3 制造系统建模语言 1946.3.1 模型描述格式 1946.3.2 语义描述语言 1976.3.3 系统建模语言 2006.4 基于SysML的制造系统建模案例 2036.5 常用建模与仿真工具 2076.5.1 常用的建模工具 2076.5.2 常用的仿真工具 2086.6 本章小结 209思考题 210第7章 智能制造系统控制 2117.1 单元/工作站级智能制造系统概述 2127.1.1 定义与范围 2127.1.2 智能制造系统控制单元 2127.2 工业电气控制原理 2197.2.1 电气控制系统 2197.2.2 电气控制基础 2207.2.3 电气控制的核心控制单元 2217.2.4 现场总线与通信协议 2247.3 智能制造系统控制方法 2267.3.1 反馈控制 2267.3.2 补偿控制 2277.3.3 自适应控制 2287.3.4 智能控制 2307.3.5 专家控制系统在水泥生产优化控制中的应用 2317.3.6 切削加工智能制造单元的控制 2327.4 企业/车间级智能制造系统控制概述 2337.4.1 企业/车间级智能制造系统控制的概念和地位 2337.4.2 生产计划与控制在智能制造系统中的角色和意义 2337.5 企业/车间级智能制造系统控制的基本原理 2347.5.1 智能制造系统控制的框架 2347.5.2 关键控制元素及其关系 2347.5.3 系统控制的传输与流程 2357.6 生产计划与控制的方法及软件手段 2367.6.1 企业资源计划（ERP） 2367.6.2 制造执行系统（MES） 2387.6.3 ERP与MES的集成控制 2427.7 企业/车间级智能制造系统控制的应用 2437.7.1 生产资源计划与优化 2437.7.2 实时监控与反馈控制 2447.7.3 柔性化生产 2447.7.4 库存管理与物流优化 2447.7.5 数据驱动的决策支持 2457.8 综合案例 2457.8.1 西门子的数字化建设 2457.8.2 法士特智慧工厂建设 2477.9 本章小结 249思考题 250

下篇：应用案例解析第8章 纺织行业西服生产系统的智能调度案例 2528.1 引言 2538.2 西服生产系统的生产配置分析 2548.3 原型系统的开发 2578.4 本章小结 260思考题 261

第9章 复杂薄壁结构虚拟装配样机及其构建分析案例 2629.1 背景技术 2639.2 虚拟装配样机的技术内涵 2649.3 虚拟装配样机构建技术框架 2659.4 虚拟装配样机构建关键实现技术 2679.5 虚拟装配样机综合构建 2729.6 本章小结 273思考题 274第10章 面向直升机装配生产线虚拟运行的多源数据感知与融合应用案例 27510.1 背景技术 27610.2 装配生产线多源数据感知与融合应用技术内涵 27710.3 直升机装配生产线多源数据感知与融合应用关键实现技术 27810.4 直升机装配生产线多源数据融合应用技术方案 28610.5 本章小结 289思考题 289

参考文献 290