本书结合近年来智能制造技术的发展，详细介绍了智能制造的基本概念、结构体系和关键技术，并提出了下一代智能制造的发展方向。基于作者自上世纪80年代后期即开始的制造业信息化方面的经验、与若干著名企业在数字化方面的合作与联系、对国内外很多著名企业数字化情况的广泛考察和了解，从多视角解读智能制造的本质、内涵和关键技术，凝练智能制造中的若干意识和观念。为了有利于学生创新能力的培养，书中注重知识节点及其关联。选材新颖，案例丰富，深入浅出。为了便于学生和读者进一步的深入学习，还配有延伸阅读材料（文字、视频等）。本书既可作为智能制造本科专业必修课程教材，也适合其它专业（如机械、控制、电气、计算机、管理、工业工程等）学生选修智能制造课程的教材。对于企业从事或关注智能制造的工程师和管理人员而言，此书不失为一部有价值的向导，带领你信步于智能制造这座宏伟大厦之中。
本书既可作为智能制造本科专业必修课程教材，也适合其他专业（如机械、控制、电气、计算机、管理、工业工程等）学生选修智能制造课程的教材。对于企业从事或关注智能制造的工程师和管理人员而言，此书不失为一部有价值的向导，带领你信步于智能制造这座宏伟大厦之中。
智能制造系列教材
智能制造概论
（第2版）
INTRODUCTION TO INTELLIGENT
MANUFACTURING
SECOND EDITION
李培根高亮编著
本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。
版权所有，侵权必究。举报： 01062782989， beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。
图书在版编目 （CIP） 数据
智能制造概论 / 李培根, 高亮编著. 2版. 北京 : 清华大学出版社, 2025. 6.
(智能制造系列教材). ISBN 9787302692669
Ⅰ. TH166
中国国家版本馆CIP数据核字第20253TV884号
责任编辑： 刘杨
封面设计： 李召霞
责任校对： 赵丽敏
责任印制： 曹婉颖
出版发行： 清华大学出版社
网址： https://www.tup.com.cn， https://www.wqxuetang.com
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印装者： 三河市春园印刷有限公司
经销： 新华书店
开本： 185mm×260mm印张： 25.5〓〓 字数： 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
定价： 68.00元
产品编号： 10878901
智能制造系列教材编审委员会
主任委员
李培根雒建斌
副主任委员
吴玉厚吴波赵海燕
编审委员会委员（按姓氏首字母排列）
陈雪峰邓朝晖董大伟高亮
葛文庆巩亚东胡继云黄洪钟
刘德顺刘志峰罗学科史金飞
唐水源王成勇轩福贞尹周平
袁军堂张洁张智海赵德宏
郑清春庄红权
秘书
刘杨
丛书序1
多年前人们就感叹，人类已进入互联网时代； 近些年人们又惊叹，社会步入物联网时代。牛津大学教授舍恩伯格（Schnberger）心目中大数据时代最大的转变，就是放弃对因果关系的渴求，转而关注相关关系。人工智能则像一个幽灵徘徊在各个领域，兴奋、疑惑、不安等情绪分别蔓延在不同的业界人士中间。今天，5G的出现使得作为整个社会神经系统的互联网和物联网更加敏捷，使得宛如社会血液的数据更富有生命力，自然也使得人工智能未来能在某些局部领域扮演超级脑力的作用。于是，人们惊呼数字经济的来临，憧憬智慧城市、智慧社会的到来，人们还想象着虚拟世界与现实世界、数字世界与物理世界的融合。这真是一个令人咋舌的时代！
但如果真以为未来经济就“数字”了，以为传统工业就“夕阳”了，那可以说我们就真正迷失在“数字”里了。人类的生命及其社会活动更多地依赖物质需求，除非未来人类生命形态真的变成“数字生命”了，不用说维系生命的食物之类的物质，就连“互联”“数据”“智能”等这些满足人类高级需求的功能也得依赖物理装备。所以，人类最基本的活动便是把物质变成有用的东西——制造！无论是互联网、物联网、大数据、人工智能，还是数字经济、数字社会，都应该落脚在制造上，而且制造是其应用的最大领域。
前些年，我国把智能制造作为制造强国战略的主攻方向，即便从世界上看，也是有先见之明的。在强国战略的推动下，少数推行智能制造的企业取得了明显效益，更多企业对智能制造的需求日盛。在这样的背景下，很多学校成立了智能制造等新专业（其中有的推动作用）。尽管一窝蜂地开办智能制造专业未必是一个好现象，但智能制造的相关教材对高等院校与制造关联的专业（如机械、材料、能源动力、工业工程、计算机、控制、管理……）都是刚性需求，只是侧重点不一。
高等学校机械类专业教学指导委员会(以下简称“机械教指委”)不失时机地发起编著这套智能制造系列教材。在机械教指委的推动和清华大学出版社的组织下，系列教材编委会认真思考，在2020年新型冠状病毒感染疫情正盛之时进行视频讨论，其后教材的编写和出版工作有序进行。
编写本系列教材的目的是为智能制造专业以及与制造相关的专业提供有关智能制造的学习教材，当然教材也可以作为企业相关的工程师和管理人员学习和培训之用。系列教材包括主干教材和模块单元教材，可满足智能制造相关专业的基础课和专业课的需求。
主干教材，即《智能制造概论》《智能制造装备基础》《工业互联网基础》《数据技术基础》《制造智能技术基础》，可以使学生或工程师对智能制造有基本的认识。其中，《智能制造概论》教材给读者一个智能制造的概貌，不仅概述智能制造系统的构成，而且还详细介绍智能制造的理念、意识和思维，有利于读者领悟智能制造的真谛。其他几本教材分别论及智能制造系统的“躯干”“神经”“血液”“大脑”。对于智能制造专业的学生而言，应该尽可能必修主干课程。如此配置的主干课程教材应该是本系列教材的特点之一。
本系列教材的特点之二是配合“微课程”设计了模块单元教材。智能制造的知识体系极为庞杂，几乎所有的数字智能技术和制造领域的新技术都和智能制造有关，不仅涉及人工智能、大数据、物联网、5G、VR/AR、机器人、增材制造（3D打印）等热门技术，而且像区块链、边缘计算、知识工程、数字孪生等前沿技术都有相应的模块单元介绍。本系列教材中的模块单元差不多成了智能制造的知识百科。学校可以基于模块单元教材开出微课程（1学分），供学生选修。
本系列教材的特点之三是模块单元教材可以根据各所学校或专业的需要拼合成不同的课程教材，列举如下。
#课程例1——“智能产品开发”（3学分），内容选自模块：
优化设计
智能工艺设计
绿色设计
可重用设计
多领域物理建模
知识工程
群体智能
工业互联网平台
#课程例2——“服务制造”（3学分），内容选自模块：
传感与测量技术
工业物联网
移动通信
大数据基础
工业互联网平台
智能运维与健康管理
#课程例3——“智能车间与工厂”（3学分），内容选自模块：
智能工艺设计
智能装配工艺
传感与测量技术
智能数控
工业机器人
协作机器人
智能调度
制造执行系统（MES）
制造质量控制
总之，模块单元教材可以组成诸多可能的课程教材，还有如“机器人及智能制造应用”“大批量定制生产”等。
此外，编委会还强调应突出知识的节点及其关联，这也是此系列教材的特点。关联不仅体现在某一课程的知识节点之间，也表现在不同课程的知识节点之间。这对于读者掌握知识要点且从整体联系上把握智能制造无疑是非常重要的。
本系列教材的编著者多为中青年教授，教材内容体现了他们对前沿技术的敏感和在一线的研发实践的经验。无论在与部分作者交流讨论的过程中，还是通过对部分文稿的浏览，笔者都感受到他们较好的理论功底和工程能力。感谢他们对这套系列教材的贡献。
衷心感谢机械教指委和清华大学出版社对此系列教材编写工作的组织和指导。感谢庄红权先生和张秋玲女士，他们的组织能力、在教材出版方面的经验、对智能制造的敏锐性是这套系列教材得以顺利出版的最重要因素。
李培根，男，华中科技大学教授，中国工程院院士。现任中国机械工程学会理事长，曾任高等学校机械学科教学指导委员会主任委员。
目录
第1篇智能制造基础
第1章智能制造发展历程简介
1.1从自动化到智能化
1.2学术概念的提出
1.3智能制造的国际合作计划
1.4世界主要国家的智能制造发展战略与实践
参考文献
第2章智能制造的基本概念和架构
2.1定义
2.2内涵
2.3支撑系统
2.3.1工业互联网
2.3.25G技术
2.3.3数据库
2.3.4信息安全
2.4功能系统
2.4.1智能设计
2.4.2制造过程控制优化
2.4.3智能供应链
2.4.4智能服务
参考文献
第3章现代制造的基本理念
3.1可持续发展
3.1.1绿色制造
3.1.2面向人和社会
3.2以客户为中心
3.2.1顾客主义和商业长期主义
3.2.2以客户为中心的产品开发
3.2.3大规模个性化定制
3.2.4预测性维护与服务制造
3.3精益生产
参考文献
第2篇智能制造核心技术
第4章数据获取与处理
4.1数据的来源、特点与类型
4.2数据获取技术
4.3数据处理技术
4.4数据获取与处理在智能制造中的应用
4.5数据获取与处理的发展趋势
参考文献
第5章数字孪生
5.1数字孪生的概念与发展
5.2数字孪生的模型
5.3数字孪生的关键技术
5.4数字孪生在智能制造中的应用
5.5数字孪生的发展趋势
参考文献
第6章建模与仿真技术
6.1建模与仿真技术的定义
6.2建模与仿真技术的特点
6.3建模与仿真技术的技术体系/关键技术
6.4建模与仿真技术在智能制造中的典型应用案例
6.5建模与仿真技术的发展趋势
参考文献
第7章工业机器人
7.1工业机器人的概念与发展
7.2工业机器人的结构与功能
7.3工业机器人的关键技术
7.4工业机器人在智能制造中的应用
7.5工业机器人的发展趋势
参考文献
第8章智能控制
8.1智能控制的概念及发展
8.2智能控制的特点
8.3智能控制的关键技术
8.4智能控制在智能制造中的应用
8.5智能控制的发展趋势
参考文献
第9章智能调度
9.1智能调度的概念及发展
9.2智能调度的特点
9.3智能调度的关键技术
9.3.1数学规划方法与求解器
9.3.2启发式方法
9.3.3智能优化方法
9.4智能调度的发展趋势
参考文献
第10章工业互联网平台
10.1工业互联网及其层次结构
10.2工业互联网平台及其基础、核心与关键
10.3工业互联网平台的技术体系与关键技术
10.4工业互联网平台的应用场景
10.5工业互联网平台的构建方式
参考文献
第3篇从企业进化维度看智能制造
第11章产品进化
11.1花开花落
11.2智能产品的技术要素
11.3智能产品的目标功能进化
11.4智能产品的基础功能要素
11.5智能产品开发的若干考虑
参考文献
第12章过程进化
12.1过程进化的目的
12.2过程进化的载体
12.3过程进化的方式
12.4主要过程的进化
12.4.1产品设计开发过程进化
12.4.2工艺过程进化
12.4.3车间生产过程进化
12.4.4服务过程进化
参考文献
第13章企业生态系统进化
13.1基本概念
13.2企业生态系统竞争与合作
13.3供应链生态进化
13.4生态系统创新
13.5企业员工生态
13.6数字生态系统
13.7企业数字生态空间的广度和深度
13.8生态系统下的商业模式创新
参考文献
第4篇智能制造精要及前沿趋势
第14章数据驱动
14.1数据流动与数据驱动
14.2数据驱动产品创新
14.3数据驱动过程
14.4数据驱动工作流和新的业务活动
14.5数据驱动企业战略和模式
14.5.1数据驱动企业战略
14.5.2数据驱动企业运营模式改变
14.6数据驱动的企业需要新组织架构
14.7勿为迷幻的数据所驱动
参考文献
第15章软件定义
15.1华丽超越
15.2软件定义的含义
15.3软件定义产品功能和性能
15.4软件定义加工生产
15.5软件定义市场
15.6软件定义企业能力
参考文献
第16章虚实融合
16.1CPS和虚实融合
16.2虚拟空间中的产品状态及场景
16.3产品中的虚拟空间
16.4虚实空间的叠加和融合
16.5虚拟过程
16.6虚实融合的交汇点： 人的体验
16.7工业元宇宙展望
参考文献
第17章整体联系
17.1整体观和系统观
17.2产品的整体观
17.3数字化、智能化生产系统中的整体联系
17.4企业战略中的整体联系
17.5整体联系的关键是数据分析
17.6知识分工也是一种整体联系
参考文献
第18章下一代智能制造
18.1人机共融
18.1.1人机共融的概念与发展
18.1.2人机共融的特点
18.1.3人机共融的关键技术
18.1.4人机共融在智能制造中的应用
18.1.5人机共融的发展趋势
18.2云机器人
18.2.1云机器人的概念与发展
18.2.2云机器人的特点与功能
18.2.3云机器人的关键技术
18.2.4云机器人在智能制造中的应用
18.2.5云机器人的发展趋势
18.3数字工程师
18.3.1数字工程师的概念和发展
18.3.2数字工程师的特点和作用
18.3.3数字工程师的关键技术
18.3.4数字工程师在智能制造中的应用
18.3.5数字工程师的发展趋势
18.4商业智能
18.4.1商业智能的概念与发展
18.4.2商业智能的功能和特点
18.4.3商业智能的关键技术
18.4.4商业智能在智能制造中的应用
18.4.5商业智能的发展趋势
18.5大模型
18.5.1什么是大模型
18.5.2大模型的特点和功能
18.5.3大模型在智能制造中的应用
18.5.4大模型未来的发展趋势
18.6人形机器人
18.6.1人形机器人的概念和发展
18.6.2人形机器人的特点和功能
18.6.3人形机器人的关键技术
18.6.4人形机器人在智能制造中的应用
18.6.5人形机器人的未来发展趋势
参考文献
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