本書結(jié)合近年來智能制造技術(shù)的發(fā)展，詳細(xì)介紹了智能制造的基本概念、結(jié)構(gòu)體系和關(guān)鍵技術(shù)，并提出了下一代智能制造的發(fā)展方向�；谧髡咦陨鲜兰o(jì)80年代后期即開始的制造業(yè)信息化方面的經(jīng)驗、與若干著名企業(yè)在數(shù)字化方面的合作與聯(lián)系、對國內(nèi)外很多著名企業(yè)數(shù)字化情況的廣泛考察和了解，從多視角解讀智能制造的本質(zhì)、內(nèi)涵和關(guān)鍵技術(shù)，凝練智能制造中的若干意識和觀念。為了有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，書中注重知識節(jié)點及其關(guān)聯(lián)。選材新穎，案例豐富，深入淺出。為了便于學(xué)生和讀者進一步的深入學(xué)習(xí)，還配有延伸閱讀材料（文字、視頻等）。本書既可作為智能制造本科專業(yè)必修課程教材，也適合其它專業(yè)（如機械、控制、電氣、計算機、管理、工業(yè)工程等）學(xué)生選修智能制造課程的教材。對于企業(yè)從事或關(guān)注智能制造的工程師和管理人員而言，此書不失為一部有價值的向?qū)�，帶領(lǐng)你信步于智能制造這座宏偉大廈之中。
本書既可作為智能制造本科專業(yè)必修課程教材，也適合其他專業(yè)（如機械、控制、電氣、計算機、管理、工業(yè)工程等）學(xué)生選修智能制造課程的教材。對于企業(yè)從事或關(guān)注智能制造的工程師和管理人員而言，此書不失為一部有價值的向?qū)�，帶領(lǐng)你信步于智能制造這座宏偉大廈之中。
智能制造系列教材
智能制造概論
（第2版）
INTRODUCTION TO INTELLIGENT
MANUFACTURING
SECOND EDITION
李培根高亮編著
本書封面貼有清華大學(xué)出版社防偽標(biāo)簽，無標(biāo)簽者不得銷售。
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圖書在版編目 （CIP） 數(shù)據(jù)
智能制造概論 / 李培根, 高亮編著. 2版. 北京 : 清華大學(xué)出版社, 2025. 6.
(智能制造系列教材). ISBN 9787302692669
Ⅰ. TH166
中國國家版本館CIP數(shù)據(jù)核字第20253TV884號
責(zé)任編輯： 劉楊
封面設(shè)計： 李召霞
責(zé)任校對： 趙麗敏
責(zé)任印制： 曹婉穎
出版發(fā)行： 清華大學(xué)出版社
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經(jīng)銷： 新華書店
開本： 185mm×260mm印張： 25.5〓〓 字?jǐn)?shù)： 617千字
版次： 2021年5月第1版2025年8月第2版印次： 2025年8月第1次印刷
定價： 68.00元
產(chǎn)品編號： 10878901
智能制造系列教材編審委員會
主任委員
李培根雒建斌
副主任委員
吳玉厚吳波趙海燕
編審委員會委員（按姓氏首字母排列）
陳雪峰鄧朝暉董大偉高亮
葛文慶鞏亞東胡繼云黃洪鐘
劉德順劉志峰羅學(xué)科史金飛
唐水源王成勇軒福貞尹周平
袁軍堂張潔張智海趙德宏
鄭清春莊紅權(quán)
秘書
劉楊
叢書序1
多年前人們就感嘆，人類已進入互聯(lián)網(wǎng)時代； 近些年人們又驚嘆，社會步入物聯(lián)網(wǎng)時代。牛津大學(xué)教授舍恩伯格（Schnberger）心目中大數(shù)據(jù)時代最大的轉(zhuǎn)變，就是放棄對因果關(guān)系的渴求，轉(zhuǎn)而關(guān)注相關(guān)關(guān)系。人工智能則像一個幽靈徘徊在各個領(lǐng)域，興奮、疑惑、不安等情緒分別蔓延在不同的業(yè)界人士中間。今天，5G的出現(xiàn)使得作為整個社會神經(jīng)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)更加敏捷，使得宛如社會血液的數(shù)據(jù)更富有生命力，自然也使得人工智能未來能在某些局部領(lǐng)域扮演超級腦力的作用。于是，人們驚呼數(shù)字經(jīng)濟的來臨，憧憬智慧城市、智慧社會的到來，人們還想象著虛擬世界與現(xiàn)實世界、數(shù)字世界與物理世界的融合。這真是一個令人咋舌的時代！
但如果真以為未來經(jīng)濟就“數(shù)字”了，以為傳統(tǒng)工業(yè)就“夕陽”了，那可以說我們就真正迷失在“數(shù)字”里了。人類的生命及其社會活動更多地依賴物質(zhì)需求，除非未來人類生命形態(tài)真的變成“數(shù)字生命”了，不用說維系生命的食物之類的物質(zhì)，就連“互聯(lián)”“數(shù)據(jù)”“智能”等這些滿足人類高級需求的功能也得依賴物理裝備。所以，人類最基本的活動便是把物質(zhì)變成有用的東西——制造！無論是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能，還是數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字社會，都應(yīng)該落腳在制造上，而且制造是其應(yīng)用的最大領(lǐng)域。
前些年，我國把智能制造作為制造強國戰(zhàn)略的主攻方向，即便從世界上看，也是有先見之明的。在強國戰(zhàn)略的推動下，少數(shù)推行智能制造的企業(yè)取得了明顯效益，更多企業(yè)對智能制造的需求日盛。在這樣的背景下，很多學(xué)校成立了智能制造等新專業(yè)（其中有的推動作用）。盡管一窩蜂地開辦智能制造專業(yè)未必是一個好現(xiàn)象，但智能制造的相關(guān)教材對高等院校與制造關(guān)聯(lián)的專業(yè)（如機械、材料、能源動力、工業(yè)工程、計算機、控制、管理……）都是剛性需求，只是側(cè)重點不一。
高等學(xué)校機械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(以下簡稱“機械教指委”)不失時機地發(fā)起編著這套智能制造系列教材。在機械教指委的推動和清華大學(xué)出版社的組織下，系列教材編委會認(rèn)真思考，在2020年新型冠狀病毒感染疫情正盛之時進行視頻討論，其后教材的編寫和出版工作有序進行。
編寫本系列教材的目的是為智能制造專業(yè)以及與制造相關(guān)的專業(yè)提供有關(guān)智能制造的學(xué)習(xí)教材，當(dāng)然教材也可以作為企業(yè)相關(guān)的工程師和管理人員學(xué)習(xí)和培訓(xùn)之用。系列教材包括主干教材和模塊單元教材，可滿足智能制造相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課的需求。
主干教材，即《智能制造概論》《智能制造裝備基礎(chǔ)》《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》《數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)》《制造智能技術(shù)基礎(chǔ)》，可以使學(xué)生或工程師對智能制造有基本的認(rèn)識。其中，《智能制造概論》教材給讀者一個智能制造的概貌，不僅概述智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成，而且還詳細(xì)介紹智能制造的理念、意識和思維，有利于讀者領(lǐng)悟智能制造的真諦。其他幾本教材分別論及智能制造系統(tǒng)的“軀干”“神經(jīng)”“血液”“大腦”。對于智能制造專業(yè)的學(xué)生而言，應(yīng)該盡可能必修主干課程。如此配置的主干課程教材應(yīng)該是本系列教材的特點之一。
本系列教材的特點之二是配合“微課程”設(shè)計了模塊單元教材。智能制造的知識體系極為龐雜，幾乎所有的數(shù)字智能技術(shù)和制造領(lǐng)域的新技術(shù)都和智能制造有關(guān)，不僅涉及人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、VR/AR、機器人、增材制造（3D打�。┑葻衢T技術(shù)，而且像區(qū)塊鏈、邊緣計算、知識工程、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)都有相應(yīng)的模塊單元介紹。本系列教材中的模塊單元差不多成了智能制造的知識百科。學(xué)校可以基于模塊單元教材開出微課程（1學(xué)分），供學(xué)生選修。
本系列教材的特點之三是模塊單元教材可以根據(jù)各所學(xué)校或?qū)I(yè)的需要拼合成不同的課程教材，列舉如下。
#課程例1——“智能產(chǎn)品開發(fā)”（3學(xué)分），內(nèi)容選自模塊：
優(yōu)化設(shè)計
智能工藝設(shè)計
綠色設(shè)計
可重用設(shè)計
多領(lǐng)域物理建模
知識工程
群體智能
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
#課程例2——“服務(wù)制造”（3學(xué)分），內(nèi)容選自模塊：
傳感與測量技術(shù)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
移動通信
大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
智能運維與健康管理
#課程例3——“智能車間與工廠”（3學(xué)分），內(nèi)容選自模塊：
智能工藝設(shè)計
智能裝配工藝
傳感與測量技術(shù)
智能數(shù)控
工業(yè)機器人
協(xié)作機器人
智能調(diào)度
制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）
制造質(zhì)量控制
總之，模塊單元教材可以組成諸多可能的課程教材，還有如“機器人及智能制造應(yīng)用”“大批量定制生產(chǎn)”等。
此外，編委會還強調(diào)應(yīng)突出知識的節(jié)點及其關(guān)聯(lián)，這也是此系列教材的特點。關(guān)聯(lián)不僅體現(xiàn)在某一課程的知識節(jié)點之間，也表現(xiàn)在不同課程的知識節(jié)點之間。這對于讀者掌握知識要點且從整體聯(lián)系上把握智能制造無疑是非常重要的。
本系列教材的編著者多為中青年教授，教材內(nèi)容體現(xiàn)了他們對前沿技術(shù)的敏感和在一線的研發(fā)實踐的經(jīng)驗。無論在與部分作者交流討論的過程中，還是通過對部分文稿的瀏覽，筆者都感受到他們較好的理論功底和工程能力。感謝他們對這套系列教材的貢獻。
衷心感謝機械教指委和清華大學(xué)出版社對此系列教材編寫工作的組織和指導(dǎo)。感謝莊紅權(quán)先生和張秋玲女士，他們的組織能力、在教材出版方面的經(jīng)驗、對智能制造的敏銳性是這套系列教材得以順利出版的最重要因素。
李培根，男，華中科技大學(xué)教授，中國工程院院士�，F(xiàn)任中國機械工程學(xué)會理事長，曾任高等學(xué)校機械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會主任委員。
目錄
第1篇智能制造基礎(chǔ)
第1章智能制造發(fā)展歷程簡介
1.1從自動化到智能化
1.2學(xué)術(shù)概念的提出
1.3智能制造的國際合作計劃
1.4世界主要國家的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略與實踐
參考文獻
第2章智能制造的基本概念和架構(gòu)
2.1定義
2.2內(nèi)涵
2.3支撐系統(tǒng)
2.3.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
2.3.25G技術(shù)
2.3.3數(shù)據(jù)庫
2.3.4信息安全
2.4功能系統(tǒng)
2.4.1智能設(shè)計
2.4.2制造過程控制優(yōu)化
2.4.3智能供應(yīng)鏈
2.4.4智能服務(wù)
參考文獻
第3章現(xiàn)代制造的基本理念
3.1可持續(xù)發(fā)展
3.1.1綠色制造
3.1.2面向人和社會
3.2以客戶為中心
3.2.1顧客主義和商業(yè)長期主義
3.2.2以客戶為中心的產(chǎn)品開發(fā)
3.2.3大規(guī)模個性化定制
3.2.4預(yù)測性維護與服務(wù)制造
3.3精益生產(chǎn)
參考文獻
第2篇智能制造核心技術(shù)
第4章數(shù)據(jù)獲取與處理
4.1數(shù)據(jù)的來源、特點與類型
4.2數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
4.3數(shù)據(jù)處理技術(shù)
4.4數(shù)據(jù)獲取與處理在智能制造中的應(yīng)用
4.5數(shù)據(jù)獲取與處理的發(fā)展趨勢
參考文獻
第5章數(shù)字孿生
5.1數(shù)字孿生的概念與發(fā)展
5.2數(shù)字孿生的模型
5.3數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)
5.4數(shù)字孿生在智能制造中的應(yīng)用
5.5數(shù)字孿生的發(fā)展趨勢
參考文獻
第6章建模與仿真技術(shù)
6.1建模與仿真技術(shù)的定義
6.2建模與仿真技術(shù)的特點
6.3建模與仿真技術(shù)的技術(shù)體系/關(guān)鍵技術(shù)
6.4建模與仿真技術(shù)在智能制造中的典型應(yīng)用案例
6.5建模與仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢
參考文獻
第7章工業(yè)機器人
7.1工業(yè)機器人的概念與發(fā)展
7.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)與功能
7.3工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)
7.4工業(yè)機器人在智能制造中的應(yīng)用
7.5工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢
參考文獻
第8章智能控制
8.1智能控制的概念及發(fā)展
8.2智能控制的特點
8.3智能控制的關(guān)鍵技術(shù)
8.4智能控制在智能制造中的應(yīng)用
8.5智能控制的發(fā)展趨勢
參考文獻
第9章智能調(diào)度
9.1智能調(diào)度的概念及發(fā)展
9.2智能調(diào)度的特點
9.3智能調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)
9.3.1數(shù)學(xué)規(guī)劃方法與求解器
9.3.2啟發(fā)式方法
9.3.3智能優(yōu)化方法
9.4智能調(diào)度的發(fā)展趨勢
參考文獻
第10章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
10.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及其層次結(jié)構(gòu)
10.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及其基礎(chǔ)、核心與關(guān)鍵
10.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)體系與關(guān)鍵技術(shù)
10.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用場景
10.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的構(gòu)建方式
參考文獻
第3篇從企業(yè)進化維度看智能制造
第11章產(chǎn)品進化
11.1花開花落
11.2智能產(chǎn)品的技術(shù)要素
11.3智能產(chǎn)品的目標(biāo)功能進化
11.4智能產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能要素
11.5智能產(chǎn)品開發(fā)的若干考慮
參考文獻
第12章過程進化
12.1過程進化的目的
12.2過程進化的載體
12.3過程進化的方式
12.4主要過程的進化
12.4.1產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程進化
12.4.2工藝過程進化
12.4.3車間生產(chǎn)過程進化
12.4.4服務(wù)過程進化
參考文獻
第13章企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進化
13.1基本概念
13.2企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)競爭與合作
13.3供應(yīng)鏈生態(tài)進化
13.4生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)新
13.5企業(yè)員工生態(tài)
13.6數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)
13.7企業(yè)數(shù)字生態(tài)空間的廣度和深度
13.8生態(tài)系統(tǒng)下的商業(yè)模式創(chuàng)新
參考文獻
第4篇智能制造精要及前沿趨勢
第14章數(shù)據(jù)驅(qū)動
14.1數(shù)據(jù)流動與數(shù)據(jù)驅(qū)動
14.2數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新
14.3數(shù)據(jù)驅(qū)動過程
14.4數(shù)據(jù)驅(qū)動工作流和新的業(yè)務(wù)活動
14.5數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)戰(zhàn)略和模式
14.5.1數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)戰(zhàn)略
14.5.2數(shù)據(jù)驅(qū)動企業(yè)運營模式改變
14.6數(shù)據(jù)驅(qū)動的企業(yè)需要新組織架構(gòu)
14.7勿為迷幻的數(shù)據(jù)所驅(qū)動
參考文獻
第15章軟件定義
15.1華麗超越
15.2軟件定義的含義
15.3軟件定義產(chǎn)品功能和性能
15.4軟件定義加工生產(chǎn)
15.5軟件定義市場
15.6軟件定義企業(yè)能力
參考文獻
第16章虛實融合
16.1CPS和虛實融合
16.2虛擬空間中的產(chǎn)品狀態(tài)及場景
16.3產(chǎn)品中的虛擬空間
16.4虛實空間的疊加和融合
16.5虛擬過程
16.6虛實融合的交匯點： 人的體驗
16.7工業(yè)元宇宙展望
參考文獻
第17章整體聯(lián)系
17.1整體觀和系統(tǒng)觀
17.2產(chǎn)品的整體觀
17.3數(shù)字化、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)中的整體聯(lián)系
17.4企業(yè)戰(zhàn)略中的整體聯(lián)系
17.5整體聯(lián)系的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)分析
17.6知識分工也是一種整體聯(lián)系
參考文獻
第18章下一代智能制造
18.1人機共融
18.1.1人機共融的概念與發(fā)展
18.1.2人機共融的特點
18.1.3人機共融的關(guān)鍵技術(shù)
18.1.4人機共融在智能制造中的應(yīng)用
18.1.5人機共融的發(fā)展趨勢
18.2云機器人
18.2.1云機器人的概念與發(fā)展
18.2.2云機器人的特點與功能
18.2.3云機器人的關(guān)鍵技術(shù)
18.2.4云機器人在智能制造中的應(yīng)用
18.2.5云機器人的發(fā)展趨勢
18.3數(shù)字工程師
18.3.1數(shù)字工程師的概念和發(fā)展
18.3.2數(shù)字工程師的特點和作用
18.3.3數(shù)字工程師的關(guān)鍵技術(shù)
18.3.4數(shù)字工程師在智能制造中的應(yīng)用
18.3.5數(shù)字工程師的發(fā)展趨勢
18.4商業(yè)智能
18.4.1商業(yè)智能的概念與發(fā)展
18.4.2商業(yè)智能的功能和特點
18.4.3商業(yè)智能的關(guān)鍵技術(shù)
18.4.4商業(yè)智能在智能制造中的應(yīng)用
18.4.5商業(yè)智能的發(fā)展趨勢
18.5大模型
18.5.1什么是大模型
18.5.2大模型的特點和功能
18.5.3大模型在智能制造中的應(yīng)用
18.5.4大模型未來的發(fā)展趨勢
18.6人形機器人
18.6.1人形機器人的概念和發(fā)展
18.6.2人形機器人的特點和功能
18.6.3人形機器人的關(guān)鍵技術(shù)
18.6.4人形機器人在智能制造中的應(yīng)用
18.6.5人形機器人的未來發(fā)展趨勢
參考文獻
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