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(yàn)、與若干著名企業(yè)在數(shù)字化方面的合作與聯(lián)系、對(duì)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(shí)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(shí)節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jī)械、控制、電氣、計(jì)算機(jī)、管理、工業(yè)工程等）學(xué)生選修智能制造課程的教材。對(duì)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(jià)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(jī)械、控制、電氣、計(jì)算機(jī)、管理、工業(yè)工程等）學(xué)生選修智能制造課程的教材。對(duì)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(jià)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。
版權(quán)所有，侵權(quán)必究。舉報(bào)： 01062782989， beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。
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(hào)
責(zé)任編輯： 劉楊
封面設(shè)計(jì)： 李召霞
責(zé)任校對(duì)： 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(jià)： 68.00元
產(chǎn)品編號(hào)： 10878901
智能制造系列教材編審委員會(huì)
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(huì)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(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代； 近些年人們又驚嘆，社會(huì)步入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。牛津大學(xué)教授舍恩伯格（Schnberger）心目中大數(shù)據(jù)時(shí)代最大的轉(zhuǎn)變，就是放棄對(duì)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(gè)幽靈徘徊在各個(gè)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(gè)社會(huì)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(huì)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(jí)腦力的作用。于是，人們驚呼數(shù)字經(jīng)濟(jì)的來臨，憧憬智慧城市、智慧社會(huì)的到來，人們還想象著虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界、數(shù)字世界與物理世界的融合。這真是一個(gè)令人咋舌的時(shí)代！
但如果真以為未來經(jīng)濟(jì)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(huì)活動(dòng)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(jí)需求的功能也得依賴物理裝備。所以，人類最基本的活動(dòng)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(jì)、數(shù)字社會(huì)，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(qiáng)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(qiáng)國戰(zhàn)略的推動(dòng)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(duì)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(dòng)作用）。盡管一窩蜂地開辦智能制造專業(yè)未必是一個(gè)好現(xiàn)象，但智能制造的相關(guān)教材對(duì)高等院校與制造關(guān)聯(lián)的專業(yè)（如機(jī)械、材料、能源動(dòng)力、工業(yè)工程、計(jì)算機(jī)、控制、管理……）都是剛性需求，只是側(cè)重點(diǎn)不一。
高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱“機(jī)械教指委”)不失時(shí)機(jī)地發(fā)起編著這套智能制造系列教材。在機(jī)械教指委的推動(dòng)和清華大學(xué)出版社的組織下，系列教材編委會(huì)認(rèn)真思考，在2020年新型冠狀病毒感染疫情正盛之時(shí)進(jìn)行視頻討論，其后教材的編寫和出版工作有序進(jìn)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(duì)智能制造有基本的認(rèn)識(shí)。其中，《智能制造概論》教材給讀者一個(gè)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(shí)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(duì)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(diǎn)之一。
本系列教材的特點(diǎn)之二是配合“微課程”設(shè)計(jì)了模塊單元教材。智能制造的知識(shí)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(jī)器人、增材制造（3D打�。┑葻衢T技術(shù)，而且像區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、知識(shí)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(shí)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(diǎn)之三是模塊單元教材可以根據(jù)各所學(xué)�；�?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(jì)
智能工藝設(shè)計(jì)
綠色設(shè)計(jì)
可重用設(shè)計(jì)
多領(lǐng)域物理建模
知識(shí)工程
群體智能
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
#課程例2——“服務(wù)制造”（3學(xué)分），內(nèi)容選自模塊：
傳感與測(cè)量技術(shù)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
移動(dòng)通信
大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
智能運(yùn)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(jì)
智能裝配工藝
傳感與測(cè)量技術(shù)
智能數(shù)控
工業(yè)機(jī)器人
協(xié)作機(jī)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(jī)器人及智能制造應(yīng)用”“大批量定制生產(chǎn)”等。
此外，編委會(huì)還強(qiáng)調(diào)應(yīng)突出知識(shí)的節(jié)點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)，這也是此系列教材的特點(diǎn)。關(guān)聯(lián)不僅體現(xiàn)在某一課程的知識(shí)節(jié)點(diǎn)之間，也表現(xiàn)在不同課程的知識(shí)節(jié)點(diǎn)之間。這對(duì)于讀者掌握知識(shí)要點(diǎn)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(duì)前沿技術(shù)的敏感和在一線的研發(fā)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。無論在與部分作者交流討論的過程中，還是通過對(duì)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(duì)這套系列教材的貢獻(xiàn)。
衷心感謝機(jī)械教指委和清華大學(xué)出版社對(duì)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(yàn)、對(duì)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(jī)械工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，曾任高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)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(jiǎn)介
1.1從自動(dòng)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(jì)劃
1.4世界主要國家的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略與實(shí)踐
參考文獻(xiàn)
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(jì)
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(xiàn)
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(huì)
3.2以客戶為中心
3.2.1顧客主義和商業(yè)長(zhǎng)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(gè)性化定制
3.2.4預(yù)測(cè)性維護(hù)與服務(wù)制造
3.3精益生產(chǎn)
參考文獻(xiàn)
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(diǎn)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(shì)
參考文獻(xiàn)
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(shì)
參考文獻(xiàn)
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(diǎn)
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(shì)
參考文獻(xiàn)
第7章工業(yè)機(jī)器人
7.1工業(yè)機(jī)器人的概念與發(fā)展
7.2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與功能
7.3工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
7.4工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用
7.5工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)
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(diǎn)
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(shì)
參考文獻(xiàn)
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(diǎn)
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(shì)
參考文獻(xiàn)
第10章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
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(tái)及其基礎(chǔ)、核心與關(guān)鍵
10.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景
10.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的構(gòu)建方式
參考文獻(xiàn)
第3篇從企業(yè)進(jìn)化維度看智能制造
第11章產(chǎn)品進(jìn)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(jìn)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(xiàn)
第12章過程進(jìn)化
12.1過程進(jìn)化的目的
12.2過程進(jìn)化的載體
12.3過程進(jìn)化的方式
12.4主要過程的進(jìn)化
12.4.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程進(jìn)化
12.4.2工藝過程進(jìn)化
12.4.3車間生產(chǎn)過程進(jìn)化
12.4.4服務(wù)過程進(jìn)化
參考文獻(xiàn)
第13章企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化
13.1基本概念
13.2企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)與合作
13.3供應(yīng)鏈生態(tài)進(jìn)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(xiàn)
第4篇智能制造精要及前沿趨勢(shì)
第14章數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)
14.1數(shù)據(jù)流動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)
14.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新
14.3數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過程
14.4數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作流和新的業(yè)務(wù)活動(dòng)
14.5數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略和模式
14.5.1數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略
14.5.2數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)運(yùn)營模式改變
14.6數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)
參考文獻(xiàn)
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(chǎng)
15.6軟件定義企業(yè)能力
參考文獻(xiàn)
第16章虛實(shí)融合
16.1CPS和虛實(shí)融合
16.2虛擬空間中的產(chǎn)品狀態(tài)及場(chǎng)景
16.3產(chǎn)品中的虛擬空間
16.4虛實(shí)空間的疊加和融合
16.5虛擬過程
16.6虛實(shí)融合的交匯點(diǎn)： 人的體驗(yàn)
16.7工業(yè)元宇宙展望
參考文獻(xiàn)
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(shí)分工也是一種整體聯(lián)系
參考文獻(xiàn)
第18章下一代智能制造
18.1人機(jī)共融
18.1.1人機(jī)共融的概念與發(fā)展
18.1.2人機(jī)共融的特點(diǎn)
18.1.3人機(jī)共融的關(guān)鍵技術(shù)
18.1.4人機(jī)共融在智能制造中的應(yīng)用
18.1.5人機(jī)共融的發(fā)展趨勢(shì)
18.2云機(jī)器人
18.2.1云機(jī)器人的概念與發(fā)展
18.2.2云機(jī)器人的特點(diǎn)與功能
18.2.3云機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
18.2.4云機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用
18.2.5云機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
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(diǎn)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(shì)
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(diǎn)
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(shì)
18.5大模型
18.5.1什么是大模型
18.5.2大模型的特點(diǎn)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(shì)
18.6人形機(jī)器人
18.6.1人形機(jī)器人的概念和發(fā)展
18.6.2人形機(jī)器人的特點(diǎn)和功能
18.6.3人形機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)
18.6.4人形機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用
18.6.5人形機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)
英文縮略詞表
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