信息技术推动全球新一轮科技革命，产业变革加紧孕育兴起，与我国制造业转型升级形成历史性交汇。习近平总书记强调我们要顺应第四次工业革命发展趋势，共同把握数字化、网络化、智能化发展机遇。2023年9月，习近平总书记指出要加快发展以科技创新为主导的新质生产力。2024年政府工作报告提出要实施制造业数字化转型行动。
航空工业是国家高科技战略支柱性产业，中国航空工业集团有限公司（以下简称中航工业）党组出台了创新决定三十条，坚持以科技、人才、创新三个第一赋能新质生产力的发展，积极开展新质生产力的探索和实践，聚力聚势加快发展航空工业新质生产力。结合习近平总书记2023年10月在昌飞考察调研时的重要讲话精神，集团公司明确提出了要加快数智转型，增强航空工业发展新动能的数智航空建设目标。
要实现航空工业创新驱动战略以及加速数智转型建设目标，急需智能制造和数字化专门人才。中航工业党校/培训中心在2018年就开启了智能制造人才加速培养的进程。2021年，中航工业党校/培训中心组织清华大学教授、集团公司专家和国内智能制造专业人士研讨航空工业智能制造培训课程。基于集团公司提出的动态感知、实时分析、自主决策、精准执行的航空智能制造特征，形成了由智能制造内涵、关键技术和系统实施实践等部分组成的模块化培训课程体系，并面向集团公司各企业开展了多轮智能制造和数字化转型实践的技术骨干培训。
智能制造是新一代信息技术与先进制造技术的深度融合，是数字化、网络化和智能化等的共性使能技术，是贯彻新发展理念、实现高质量发展、开发新质生产力的重要实践。为进一步落实集团党组培养数智化转型人才的要求，按照集团核心课程教材建设相关要求，在总结培训经验的基础上，中航工业党校/培训中心决定开展智能制造教材编写，由中航工业党校副校长培训中心副主任胡冰与培训中心专务孔凡利组织主讲教师和业内专家多次研究并优化教材内容，历时近2年编写了本书。
本书既可作为企业技术人员开展智能制造和数字化转型活动的实施指南，也可作为航空和其他装备制造企业开展智能制造培训的配套教材，同时也可作为高等院校智能制造工程专业的参考教材。
本书共分3篇17章。第1篇为智能制造基础，共分4章。第1章工业智能化的技术发展概况，由清华大学自动化系张和明教授编写，综述了工业化的主要进程、工业革命的技术剖析、生产方式的演进变革，介绍了数控技术与装备、数字化设计制造、智能制造支撑技术的发展，分析了智能制造的内涵； 第2章世界典型国家的智能制造体系架构，由清华大学自动化系副系主任李清教授和清华大学自动化系瞿盟津博士编写，介绍了德国工业4．0、美国智能制造生态系统、美国工业互联网的体系架构； 第3章中国航空工业集团智能制造架构解析，由中航工业制造院原副总工程师王湘念、中航工业昌飞副总工程师汪广平和庆安副总工程师裴建平编写，介绍了集团公司开展智能制造顶层规划的背景和研究过程，剖析了集团公司智能制造总体架构、关键技术、实施要点及应用案例； 第4章智能制造能力成熟度模型及应用，由王湘念、汪广平和裴建平编写，介绍了智能制造能力成熟度模型的构成、内容评估方法和评估案例。
第2篇为智能制造技术，共分7章。第5章信息采集与数据处理技术，由清华大学精密仪器系董永贵教授编写，介绍了信息采集、数据处理与状态感知技术； 第6章产品数字化设计制造技术，由张和明教授编写，介绍了产品数字化建模、单一数据源构建与设计制造集成技术； 第7章产品设计与制造的仿真技术，由清华大学机械工程系赵海燕教授与张和明教授编写，介绍了产品设计仿真、制造工艺过程仿真、生产系统的建模与仿真，第8章数字孪生技术及飞机制造应用，由张和明教授编写，介绍了数字孪生技术及其在飞机智能制造领域的典型应用； 第9章先进制造技术与机器人应用，由中航工业首席技术专家制造院科技委副主任郭德伦牵头，中航工业制造院滕俊飞、姚艳彬、李怀学、邓云华等编写，介绍了工业领域的先进制造技术与机器人在航空制造中的典型应用； 第10章工业大数据与智能技术，由清华大学大数据系统软件国家工程研究中心总工程师王晨编写，介绍了工业数据体系与数据治理、工业大数据与人工智能技术； 第11章面向智能制造的工业软件与知识工程，由浙江大学王宏伟教授与英诺维盛(北京)新技术发展有限公司总经理赵敏编写，介绍了智能制造中的工业软件与知识工程。
第3篇为智能制造系统实施，共分6章。第12章智能制造系统构建，由清华大学国家CIMS中心工程部主任赵骥编写，介绍了智能制造系统构建必然要考虑到的各种因素、需要遵循的基本规律和规范化工程化的方法； 第13章智能制造产线/车间规划、设计与开发，由北京航臻科技有限公司总工程师马维民与中航光电副总工程师兼制造工程所所长张波利编写，介绍了智能制造车间/产线规划开发与管控的方法和典型实践案例； 第14章智能工厂规划与实施，由赵骥编写，介绍了智能工厂规划设计与实施； 第15章工业互联网平台，由航天云网科技发展有限责任公司总经理柴旭东与北京航天智造科技发展有限公司平台研发部副部长宿春慧编写，讨论了工业互联网平台的构成、运营和应用案例； 第16章智能生产管控一体化，由李清教授和瞿盟津博士编写，介绍了智能生产管控一体化和智能运维； 第17章智能制造最新实践，由中航工业首席技术专家沈飞工程技术中心主任潘新、中航工业首席技术专家成飞副总工程师牟文平、中航工业沈飞创新研究院研发工程师刘本刚和董泽光编写，集中展现了数字化、智能化技术的深度应用，展望了智能制造的未来。
在本书编写过程中，清华大学继续教育学院课程研究员张玉坤承担了组织各章作者编写和沟通等组编工作，清华大学继续教育学院资深主管魏玉按出版要求统一整理了本书的格式，中国商飞上海飞机制造有限公司先进监督工程三级专业总师兼5G工业创新中心平台部副部长邢宏文提供了数字孪生技术的相关资料。在此，谨对他们表示衷心的感谢！
最后，我们期待本书能够成为致力于推动企业智能制造转型人士的参考工具书，帮助读者清晰地把握智能制造基本原理和智能系统判断准则、掌握所涉及的多学科技术知识、了解具体智能制造转型升级的路径和具体的实施方法，更好地在企业智能制造转型中发挥作用，助力国家实施制造业数字化转型行动，发展制造业新质生产力！
编者
2024年9月
第1篇智能制造基础
引言
第1章工业智能化的技术发展概况
1.1工业化和信息化的发展概况
1.1.1工业化的历程
1.1.2两化融合进程
1.2数字化装备与数控技术
1.2.1计算机数控技术及数控设备
1.2.2自动编程系统
1.2.3工业控制系统
1.3数字化设计和制造技术
1.3.1数字化设计技术
1.3.2数字化管理技术
1.3.3数字化制造技术
1.3.4数字化设计制造系统集成技术
1.4智能制造的技术发展
1.4.1智能制造的内涵
1.4.2智能互联与感知技术
1.4.3工业大数据智能处理
1.4.4智能MES/MOM
1.4.5数字孪生技术
参考文献
第2章世界典型国家的智能制造体系架构
2.1新兴信息技术推动制造业的数字化转型
2.2智能制造的转型战略、体系结构及解决方案
2.2.1德国工业4.0
2.2.2美国智能制造生态系统和工业互联网参考体系结构
2.2.3我国智能制造系统体系架构
2.2.4各种智能制造体系的合作与互操作
2.3结论
参考文献
第3章中国航空工业集团智能制造架构解析
3.1中国航空工业集团开展智能制造顶层规划的背景和历程
3.1.1航空制造业的特点及航空装备特征分析
3.1.2航空装备研发生产面临的形势和需求
3.1.3智能制造架构研究过程和成果
3.2航空智能制造的典型特征和关键要素
3.2.1航空智能制造的典型特征
3.2.2航空智能制造的关键要素
3.3航空工业智能制造架构及分解
3.3.1总架构
3.3.2企业联盟层架构
3.3.3企业管理层架构
3.3.4生产管理层架构
3.3.5控制执行层架构
3.4中国航空工业集团智能制造实施要点
3.4.1建立一个创新中心
3.4.2突破三大关键技术
3.4.3落实七项行动计划
3.5智能制造架构在企业智能制造实践中的应用
3.5.1智能工厂建设实践中智能制造架构的应用
3.5.2智能车间/生产线建设实践中智能制造架构的应用
第4章智能制造能力成熟度模型及应用
4.1模型提出的背景及研究过程和成果
4.1.1模型提出的背景
4.1.2模型研究过程和成果
4.2模型的构成
4.2.1成熟度等级
4.2.2能力要素
4.2.3成熟度要求及其递进关系
4.3智能制造能力成熟度评估方法
4.3.1评估内容
4.3.2评估过程
4.3.3等级判定方法
4.4模型在制造企业中的应用
4.4.1模型对制造企业的应用价值
4.4.2制造企业应用模型的具体场合
4.4.3案例分析昌飞公司智能仓储配送中心
4.4.4案例分析庆安公司MES
参考文献
第2篇智能制造技术
引言
第5章信息采集与数据处理技术
5.1信号中的信息
5.1.1信号的生存域
5.1.2传感器与信号转换
5.1.3信号的采集与加工
5.2物理世界与网络世界中的数据流
5.2.1嵌入式系统与设备间的信息互联
5.2.2直接测量与软测量技术
5.2.3时间序列分析与智能感知
5.3可解释的状态感知技术
5.3.1测量中的数据可视化
5.3.2数据的相关与因果
5.3.3时间序列与可解释人工智能
参考文献
第6章产品数字化设计制造技术
6.1产品数字化建模技术
6.1.1数字化建模技术
6.1.2产品的数字化模型表示方法
6.1.3基于MBD的产品数字化定义
6.2产品数字化设计方法
6.2.1CAx/DFx
6.2.2产品模块化设计
6.2.3并行协同设计
6.3单一产品数据源构建方法
6.3.1基本思想
6.3.2单一产品数据源技术
6.4产品生命周期集成技术
6.4.1产品生命周期管理的技术框架
6.4.2产品结构与构型管理
6.4.3xBOM集成
6.4.4C4P应用系统集成技术
6.5应用案例
6.5.1波音飞机数字化设计制造案例
6.5.2西门子公司数字化设计制造案例
参考文献
第7章产品设计与制造的仿真技术
7.1仿真技术基础
7.1.1计算流体动力学方法
7.1.2有限元方法
7.1.3无网格方法
7.2产品设计仿真技术
7.2.1基于接口的CAE联合仿真技术
7.2.2分布式仿真技术
7.2.3基于HLA总线的协同仿真应用
7.3制造工艺过程仿真技术
7.3.1制造工艺过程模拟仿真的特点
7.3.2制造工艺过程模拟仿真的应用举例
7.4生产系统的建模与仿真
7.4.1生产系统建模与仿真的特点
7.4.2生产系统仿真的应用案例
参考文献
第8章数字孪生及飞机制造应用
8.1数字孪生发展概况
8.1.1数字孪生的产生背景
8.1.2数字孪生的概念与内涵
8.2数字孪生技术框架
8.2.1数字孪生系统组成
8.2.2数字孪生的总体框架
8.2.3数字孪生的实现流程
8.3数字孪生关键技术
8.3.1数字孪生模型构建技术
8.3.2数据融合与虚实交互
8.3.3大数据分析技术
8.3.4系统仿真技术
8.4数字孪生支撑平台
8.5数字孪生在飞机制造中的应用案例
8.5.1飞机制造业对数字孪生的应用需求
8.5.2基于数字孪生的产品设计应用
8.5.3基于设备数字孪生的应用
8.5.4基于产线数字孪生的应用
8.5.5基于飞机数字孪生的应用
8.5.6飞机试飞站的数字孪生应用
参考文献
第9章先进制造技术与机器人应用
9.1增材制造技术及应用
9.1.1增材制造技术
9.1.2增材制造技术的典型应用案例
9.2结构功能一体化制造技术
9.2.1多孔层板燃烧室火焰筒
9.2.2航空发动机整体叶盘结构制造技术
9.3金属壁板类结构制造技术
9.3.1超塑成形/扩散连接金属壁板类结构制造技术
9.3.2金属蜂窝壁板结构
9.4金属基复合材料结构制造技术
9.4.1金属基复合材料的概念
9.4.2金属基复合材料的优缺点
9.4.3金属基复合材料结构制造技术
9.4.4金属基复合材料的典型应用
9.5表面加工技术
9.5.1表面改性技术
9.5.2表面沉积技术
9.5.3表面喷涂技术
9.5.4表面造型技术
9.6机器人应用
9.6.1引言
9.6.2机器人在航空制造中的应用
9.6.3关键技术
9.6.4发展与展望
参考文献
第10章工业大数据与智能技术
10.1工业大数据与智能技术概论
10.1.1工业大数据分析
10.1.2工业智能
10.2工业数据体系与数据治理
10.2.1工业大数据与业务的关系
10.2.2工业大数据的特性
10.2.3工业数据质量
10.2.4工业数据治理与处理
10.3工业大数据分析与智能制造
10.3.1机器学习在工业中的应用
10.3.2工业常用机器学习算法介绍
10.3.3工业大数据的智能制造应用
10.3.4工业智能分析案例挖掘机液压泵故障预测
参考文献
第11章面向智能制造的工业软件与知识工程
11.1工业软件与知识工程
11.1.1工业软件及其发展历程
11.1.2工业技术与知识的软件化
11.1.3工业软件是工业技术软件化的结晶
11.2企业实施知识工程的重要意义
11.2.1企业知识是极其重要的智力资产
11.2.2如何将碳基知识转为硅基知识
11.3工业软件是工业知识的顶级容器
11.3.1工业软件中的各种模型知识
11.3.2工业软件中的知识工具算法
11.3.3工业软件中的知识工具架构
11.3.4工业软件中的知识工具应用
11.4工业软件如何重新定义制造业
11.4.1工业软件是超级工业母机
11.4.2工业软件是核心软装备
参考文献
第3篇智能制造系统实施
引言
第12章智能制造系统构建
12.1智能制造系统
12.1.1从系统的角度看问题
12.1.2智能制造系统： 机电软融合的CPS
12.2构建智能制造系统的道与术
12.2.1解决问题的思路
12.2.2问题-模型化
12.2.3模型-算法化
12.2.4算法-软件化
12.2.5数据是灵魂
12.2.6人在智能制造系统中的作用
12.3如何构建智能制造系统
12.3.1智能制造系统的工程化实现
12.3.2深度数字化后的数据治理
12.3.3企业数字化转型的经验与误区
参考文献
第13章智能制造产线/车间规划、设计与开发
13.1智能制造产线的主要体现形式柔性生产线
13.1.1柔性生产线关键技术
13.1.2柔性生产线对现有生产模式的改变
13.1.3典型案例实践与分享
13.2智能车间规划
13.2.1项目背景
13.2.2项目总体情况
13.2.3实施内容
13.2.4创新性和先进性
13.2.5实施成效
参考文献
第14章智能工厂规划与实施
14.1智能工厂的目标、特征及内容
14.1.1以企业价值创造为目标导向
14.1.2智能工厂的主要特征
14.1.3智能工厂规划的基本内容
14.2智能工厂规划设计
14.2.1复杂系统工程化设计方法
14.2.2顶层规划，逐层分解
14.2.3智能工厂实例
14.3智能工厂实施
14.3.1组织培训
14.3.2总体实施步骤
14.3.3实施案例
第15章工业互联网平台
15.1工业互联网平台的构成
15.1.1基础设施层
15.1.2工业互联网操作系统
15.1.3平台开发工具
15.1.4智能制造应用支撑层
15.2企业工业互联网平台的建设与运营
15.2.1企业工业互联网平台建设的实施路径
15.2.2企业工业互联网平台的部署方式
15.2.3企业工业互联网平台的企业运营服务
15.3应用案例
15.3.1某液压元器件生产企业
15.3.2某发动机涡轮叶片生产企业
15.3.3某热处理加工企业
参考文献
第16章智能生产管控一体化
16.1智能制造与管控一体化
16.2管控一体化与制造执行系统的发展
16.3典型管控一体化系统的参考体系结构与参考模型
16.4管控一体化与智能运维
16.5智能运维的体系架构、方法论及其使能技术
16.5.1智能运维的体系架构与方法论
16.5.2智能运维的使能技术
16.6航空发动机的智能运维
16.7结论
参考文献
第17章智能制造最新实践
17.1智能制造再理解
17.1.1什么是智能
17.1.2什么是人工智能
17.1.3智能制造再理解
17.2国内外智能制造新实践
17.2.1国外航空智能制造实践
17.2.2国内航空智能制造实践
17.3智能制造展望
17.3.1新型航空装备研制需求
17.3.2航空智能制造新模式
17.4本章小结
参考文献
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