信息技術推動全球新一輪科技革命，產業變革加緊孕育興起，與我國制造業轉型升級形成歷史性交匯。習近平總書記強調我們要順應第四次工業革命發展趨勢，共同把握數字化、網絡化、智能化發展機遇。2023年9月，習近平總書記指出要加快發展以科技創新為主導的新質生產力。2024年政府工作報告提出要實施制造業數字化轉型行動。
航空工業是國家高科技戰略支柱性產業，中國航空工業集團有限公司（以下簡稱中航工業）黨組出臺了創新決定三十條，堅持以科技、人才、創新三個第一賦能新質生產力的發展，積極開展新質生產力的探索和實踐，聚力聚勢加快發展航空工業新質生產力。結合習近平總書記2023年10月在昌飛考察調研時的重要講話精神，集團公司明確提出了要加快數智轉型，增強航空工業發展新動能的數智航空建設目標。
要實現航空工業創新驅動戰略以及加速數智轉型建設目標，急需智能制造和數字化專門人才。中航工業黨校/培訓中心在2018年就開啟了智能制造人才加速培養的進程。2021年，中航工業黨校/培訓中心組織清華大學教授、集團公司專家和國內智能制造專業人士研討航空工業智能制造培訓課程。基于集團公司提出的動態感知、實時分析、自主決策、精準執行的航空智能制造特征，形成了由智能制造內涵、關鍵技術和系統實施實踐等部分組成的模塊化培訓課程體系，并面向集團公司各企業開展了多輪智能制造和數字化轉型實踐的技術骨干培訓。
智能制造是新一代信息技術與先進制造技術的深度融合，是數字化、網絡化和智能化等的共性使能技術，是貫徹新發展理念、實現高質量發展、開發新質生產力的重要實踐。為進一步落實集團黨組培養數智化轉型人才的要求，按照集團核心課程教材建設相關要求，在總結培訓經驗的基礎上，中航工業黨校/培訓中心決定開展智能制造教材編寫，由中航工業黨校副校長培訓中心副主任胡冰與培訓中心專務孔凡利組織主講教師和業內專家多次研究并優化教材內容，歷時近2年編寫了本書。
本書既可作為企業技術人員開展智能制造和數字化轉型活動的實施指南，也可作為航空和其他裝備制造企業開展智能制造培訓的配套教材，同時也可作為高等院校智能制造工程專業的參考教材。
本書共分3篇17章。第1篇為智能制造基礎，共分4章。第1章工業智能化的技術發展概況，由清華大學自動化系張和明教授編寫，綜述了工業化的主要進程、工業革命的技術剖析、生產方式的演進變革，介紹了數控技術與裝備、數字化設計制造、智能制造支撐技術的發展，分析了智能制造的內涵； 第2章世界典型國家的智能制造體系架構，由清華大學自動化系副系主任李清教授和清華大學自動化系瞿盟津博士編寫，介紹了德國工業4．0、美國智能制造生態系統、美國工業互聯網的體系架構； 第3章中國航空工業集團智能制造架構解析，由中航工業制造院原副總工程師王湘念、中航工業昌飛副總工程師汪廣平和慶安副總工程師裴建平編寫，介紹了集團公司開展智能制造頂層規劃的背景和研究過程，剖析了集團公司智能制造總體架構、關鍵技術、實施要點及應用案例； 第4章智能制造能力成熟度模型及應用，由王湘念、汪廣平和裴建平編寫，介紹了智能制造能力成熟度模型的構成、內容評估方法和評估案例。
第2篇為智能制造技術，共分7章。第5章信息采集與數據處理技術，由清華大學精密儀器系董永貴教授編寫，介紹了信息采集、數據處理與狀態感知技術； 第6章產品數字化設計制造技術，由張和明教授編寫，介紹了產品數字化建模、單一數據源構建與設計制造集成技術； 第7章產品設計與制造的仿真技術，由清華大學機械工程系趙海燕教授與張和明教授編寫，介紹了產品設計仿真、制造工藝過程仿真、生產系統的建模與仿真，第8章數字孿生技術及飛機制造應用，由張和明教授編寫，介紹了數字孿生技術及其在飛機智能制造領域的典型應用； 第9章先進制造技術與機器人應用，由中航工業首席技術專家制造院科技委副主任郭德倫牽頭，中航工業制造院滕俊飛、姚艷彬、李懷學、鄧云華等編寫，介紹了工業領域的先進制造技術與機器人在航空制造中的典型應用； 第10章工業大數據與智能技術，由清華大學大數據系統軟件國家工程研究中心總工程師王晨編寫，介紹了工業數據體系與數據治理、工業大數據與人工智能技術； 第11章面向智能制造的工業軟件與知識工程，由浙江大學王宏偉教授與英諾維盛(北京)新技術發展有限公司總經理趙敏編寫，介紹了智能制造中的工業軟件與知識工程。
第3篇為智能制造系統實施，共分6章。第12章智能制造系統構建，由清華大學國家CIMS中心工程部主任趙驥編寫，介紹了智能制造系統構建必然要考慮到的各種因素、需要遵循的基本規律和規范化工程化的方法； 第13章智能制造產線/車間規劃、設計與開發，由北京航臻科技有限公司總工程師馬維民與中航光電副總工程師兼制造工程所所長張波利編寫，介紹了智能制造車間/產線規劃開發與管控的方法和典型實踐案例； 第14章智能工廠規劃與實施，由趙驥編寫，介紹了智能工廠規劃設計與實施； 第15章工業互聯網平臺，由航天云網科技發展有限責任公司總經理柴旭東與北京航天智造科技發展有限公司平臺研發部副部長宿春慧編寫，討論了工業互聯網平臺的構成、運營和應用案例； 第16章智能生產管控一體化，由李清教授和瞿盟津博士編寫，介紹了智能生產管控一體化和智能運維； 第17章智能制造最新實踐，由中航工業首席技術專家沈飛工程技術中心主任潘新、中航工業首席技術專家成飛副總工程師牟文平、中航工業沈飛創新研究院研發工程師劉本剛和董澤光編寫，集中展現了數字化、智能化技術的深度應用，展望了智能制造的未來。
在本書編寫過程中，清華大學繼續教育學院課程研究員張玉坤承擔了組織各章作者編寫和溝通等組編工作，清華大學繼續教育學院資深主管魏玉按出版要求統一整理了本書的格式，中國商飛上海飛機制造有限公司先進監督工程三級專業總師兼5G工業創新中心平臺部副部長邢宏文提供了數字孿生技術的相關資料。在此，謹對他們表示衷心的感謝！
最后，我們期待本書能夠成為致力于推動企業智能制造轉型人士的參考工具書，幫助讀者清晰地把握智能制造基本原理和智能系統判斷準則、掌握所涉及的多學科技術知識、了解具體智能制造轉型升級的路徑和具體的實施方法，更好地在企業智能制造轉型中發揮作用，助力國家實施制造業數字化轉型行動，發展制造業新質生產力！
編者
2024年9月
第1篇智能制造基礎
引言
第1章工業智能化的技術發展概況
1.1工業化和信息化的發展概況
1.1.1工業化的歷程
1.1.2兩化融合進程
1.2數字化裝備與數控技術
1.2.1計算機數控技術及數控設備
1.2.2自動編程系統
1.2.3工業控制系統
1.3數字化設計和制造技術
1.3.1數字化設計技術
1.3.2數字化管理技術
1.3.3數字化制造技術
1.3.4數字化設計制造系統集成技術
1.4智能制造的技術發展
1.4.1智能制造的內涵
1.4.2智能互聯與感知技術
1.4.3工業大數據智能處理
1.4.4智能MES/MOM
1.4.5數字孿生技術
參考文獻
第2章世界典型國家的智能制造體系架構
2.1新興信息技術推動制造業的數字化轉型
2.2智能制造的轉型戰略、體系結構及解決方案
2.2.1德國工業4.0
2.2.2美國智能制造生態系統和工業互聯網參考體系結構
2.2.3我國智能制造系統體系架構
2.2.4各種智能制造體系的合作與互操作
2.3結論
參考文獻
第3章中國航空工業集團智能制造架構解析
3.1中國航空工業集團開展智能制造頂層規劃的背景和歷程
3.1.1航空制造業的特點及航空裝備特征分析
3.1.2航空裝備研發生產面臨的形勢和需求
3.1.3智能制造架構研究過程和成果
3.2航空智能制造的典型特征和關鍵要素
3.2.1航空智能制造的典型特征
3.2.2航空智能制造的關鍵要素
3.3航空工業智能制造架構及分解
3.3.1總架構
3.3.2企業聯盟層架構
3.3.3企業管理層架構
3.3.4生產管理層架構
3.3.5控制執行層架構
3.4中國航空工業集團智能制造實施要點
3.4.1建立一個創新中心
3.4.2突破三大關鍵技術
3.4.3落實七項行動計劃
3.5智能制造架構在企業智能制造實踐中的應用
3.5.1智能工廠建設實踐中智能制造架構的應用
3.5.2智能車間/生產線建設實踐中智能制造架構的應用
第4章智能制造能力成熟度模型及應用
4.1模型提出的背景及研究過程和成果
4.1.1模型提出的背景
4.1.2模型研究過程和成果
4.2模型的構成
4.2.1成熟度等級
4.2.2能力要素
4.2.3成熟度要求及其遞進關系
4.3智能制造能力成熟度評估方法
4.3.1評估內容
4.3.2評估過程
4.3.3等級判定方法
4.4模型在制造企業中的應用
4.4.1模型對制造企業的應用價值
4.4.2制造企業應用模型的具體場合
4.4.3案例分析昌飛公司智能倉儲配送中心
4.4.4案例分析慶安公司MES
參考文獻
第2篇智能制造技術
引言
第5章信息采集與數據處理技術
5.1信號中的信息
5.1.1信號的生存域
5.1.2傳感器與信號轉換
5.1.3信號的采集與加工
5.2物理世界與網絡世界中的數據流
5.2.1嵌入式系統與設備間的信息互聯
5.2.2直接測量與軟測量技術
5.2.3時間序列分析與智能感知
5.3可解釋的狀態感知技術
5.3.1測量中的數據可視化
5.3.2數據的相關與因果
5.3.3時間序列與可解釋人工智能
參考文獻
第6章產品數字化設計制造技術
6.1產品數字化建模技術
6.1.1數字化建模技術
6.1.2產品的數字化模型表示方法
6.1.3基于MBD的產品數字化定義
6.2產品數字化設計方法
6.2.1CAx/DFx
6.2.2產品模塊化設計
6.2.3并行協同設計
6.3單一產品數據源構建方法
6.3.1基本思想
6.3.2單一產品數據源技術
6.4產品生命周期集成技術
6.4.1產品生命周期管理的技術框架
6.4.2產品結構與構型管理
6.4.3xBOM集成
6.4.4C4P應用系統集成技術
6.5應用案例
6.5.1波音飛機數字化設計制造案例
6.5.2西門子公司數字化設計制造案例
參考文獻
第7章產品設計與制造的仿真技術
7.1仿真技術基礎
7.1.1計算流體動力學方法
7.1.2有限元方法
7.1.3無網格方法
7.2產品設計仿真技術
7.2.1基于接口的CAE聯合仿真技術
7.2.2分布式仿真技術
7.2.3基于HLA總線的協同仿真應用
7.3制造工藝過程仿真技術
7.3.1制造工藝過程模擬仿真的特點
7.3.2制造工藝過程模擬仿真的應用舉例
7.4生產系統的建模與仿真
7.4.1生產系統建模與仿真的特點
7.4.2生產系統仿真的應用案例
參考文獻
第8章數字孿生及飛機制造應用
8.1數字孿生發展概況
8.1.1數字孿生的產生背景
8.1.2數字孿生的概念與內涵
8.2數字孿生技術框架
8.2.1數字孿生系統組成
8.2.2數字孿生的總體框架
8.2.3數字孿生的實現流程
8.3數字孿生關鍵技術
8.3.1數字孿生模型構建技術
8.3.2數據融合與虛實交互
8.3.3大數據分析技術
8.3.4系統仿真技術
8.4數字孿生支撐平臺
8.5數字孿生在飛機制造中的應用案例
8.5.1飛機制造業對數字孿生的應用需求
8.5.2基于數字孿生的產品設計應用
8.5.3基于設備數字孿生的應用
8.5.4基于產線數字孿生的應用
8.5.5基于飛機數字孿生的應用
8.5.6飛機試飛站的數字孿生應用
參考文獻
第9章先進制造技術與機器人應用
9.1增材制造技術及應用
9.1.1增材制造技術
9.1.2增材制造技術的典型應用案例
9.2結構功能一體化制造技術
9.2.1多孔層板燃燒室火焰筒
9.2.2航空發動機整體葉盤結構制造技術
9.3金屬壁板類結構制造技術
9.3.1超塑成形/擴散連接金屬壁板類結構制造技術
9.3.2金屬蜂窩壁板結構
9.4金屬基復合材料結構制造技術
9.4.1金屬基復合材料的概念
9.4.2金屬基復合材料的優缺點
9.4.3金屬基復合材料結構制造技術
9.4.4金屬基復合材料的典型應用
9.5表面加工技術
9.5.1表面改性技術
9.5.2表面沉積技術
9.5.3表面噴涂技術
9.5.4表面造型技術
9.6機器人應用
9.6.1引言
9.6.2機器人在航空制造中的應用
9.6.3關鍵技術
9.6.4發展與展望
參考文獻
第10章工業大數據與智能技術
10.1工業大數據與智能技術概論
10.1.1工業大數據分析
10.1.2工業智能
10.2工業數據體系與數據治理
10.2.1工業大數據與業務的關系
10.2.2工業大數據的特性
10.2.3工業數據質量
10.2.4工業數據治理與處理
10.3工業大數據分析與智能制造
10.3.1機器學習在工業中的應用
10.3.2工業常用機器學習算法介紹
10.3.3工業大數據的智能制造應用
10.3.4工業智能分析案例挖掘機液壓泵故障預測
參考文獻
第11章面向智能制造的工業軟件與知識工程
11.1工業軟件與知識工程
11.1.1工業軟件及其發展歷程
11.1.2工業技術與知識的軟件化
11.1.3工業軟件是工業技術軟件化的結晶
11.2企業實施知識工程的重要意義
11.2.1企業知識是極其重要的智力資產
11.2.2如何將碳基知識轉為硅基知識
11.3工業軟件是工業知識的頂級容器
11.3.1工業軟件中的各種模型知識
11.3.2工業軟件中的知識工具算法
11.3.3工業軟件中的知識工具架構
11.3.4工業軟件中的知識工具應用
11.4工業軟件如何重新定義制造業
11.4.1工業軟件是超級工業母機
11.4.2工業軟件是核心軟裝備
參考文獻
第3篇智能制造系統實施
引言
第12章智能制造系統構建
12.1智能制造系統
12.1.1從系統的角度看問題
12.1.2智能制造系統： 機電軟融合的CPS
12.2構建智能制造系統的道與術
12.2.1解決問題的思路
12.2.2問題-模型化
12.2.3模型-算法化
12.2.4算法-軟件化
12.2.5數據是靈魂
12.2.6人在智能制造系統中的作用
12.3如何構建智能制造系統
12.3.1智能制造系統的工程化實現
12.3.2深度數字化后的數據治理
12.3.3企業數字化轉型的經驗與誤區
參考文獻
第13章智能制造產線/車間規劃、設計與開發
13.1智能制造產線的主要體現形式柔性生產線
13.1.1柔性生產線關鍵技術
13.1.2柔性生產線對現有生產模式的改變
13.1.3典型案例實踐與分享
13.2智能車間規劃
13.2.1項目背景
13.2.2項目總體情況
13.2.3實施內容
13.2.4創新性和先進性
13.2.5實施成效
參考文獻
第14章智能工廠規劃與實施
14.1智能工廠的目標、特征及內容
14.1.1以企業價值創造為目標導向
14.1.2智能工廠的主要特征
14.1.3智能工廠規劃的基本內容
14.2智能工廠規劃設計
14.2.1復雜系統工程化設計方法
14.2.2頂層規劃，逐層分解
14.2.3智能工廠實例
14.3智能工廠實施
14.3.1組織培訓
14.3.2總體實施步驟
14.3.3實施案例
第15章工業互聯網平臺
15.1工業互聯網平臺的構成
15.1.1基礎設施層
15.1.2工業互聯網操作系統
15.1.3平臺開發工具
15.1.4智能制造應用支撐層
15.2企業工業互聯網平臺的建設與運營
15.2.1企業工業互聯網平臺建設的實施路徑
15.2.2企業工業互聯網平臺的部署方式
15.2.3企業工業互聯網平臺的企業運營服務
15.3應用案例
15.3.1某液壓元器件生產企業
15.3.2某發動機渦輪葉片生產企業
15.3.3某熱處理加工企業
參考文獻
第16章智能生產管控一體化
16.1智能制造與管控一體化
16.2管控一體化與制造執行系統的發展
16.3典型管控一體化系統的參考體系結構與參考模型
16.4管控一體化與智能運維
16.5智能運維的體系架構、方法論及其使能技術
16.5.1智能運維的體系架構與方法論
16.5.2智能運維的使能技術
16.6航空發動機的智能運維
16.7結論
參考文獻
第17章智能制造最新實踐
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國內外智能制造新實踐
17.2.1國外航空智能制造實踐
17.2.2國內航空智能制造實踐
17.3智能制造展望
17.3.1新型航空裝備研制需求
17.3.2航空智能制造新模式
17.4本章小結
參考文獻
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