（1）政策扶持，國家戰略導向 《“十四五”智能制造發(fā)展規劃》等政策文件指出，圍繞設計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造全過(guò)程開(kāi)展智能化升級，優(yōu)化組織結構和業(yè)務(wù)流程，強化精益生產(chǎn)，打造一批智能工廠(chǎng)，推動(dòng)跨業(yè)務(wù)活動(dòng)的數據共享和深度挖掘，實(shí)現對核心業(yè)務(wù)的精準預測、管理優(yōu)化和自主決策。 （2）作者資深，業(yè)內權威專(zhuān)家 本書(shū)作者均是我國智能制造領(lǐng)域的資深專(zhuān)家，在機械自動(dòng)化、工業(yè)設計、質(zhì)量管理等領(lǐng)域具有較強的技術(shù)背景以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，對前沿技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的應用及發(fā)展趨勢有著(zhù)廣泛而深入的實(shí)踐研究，本書(shū)凝聚了作者對智能制造產(chǎn)業(yè)的長(cháng)期思考、敏銳洞察以及多年來(lái)的學(xué)術(shù)成果。 （3）體系嚴謹，內容全面豐富 本書(shū)分別從智能制造、智能工廠(chǎng)、信息化架構、數字化車(chē)間、智能工廠(chǎng)物流、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用、數字孿生工廠(chǎng)等7大維度，深度剖析新一代智能制造技術(shù)在智能工廠(chǎng)領(lǐng)域的創(chuàng )新應用，為傳統制造企業(yè)數字化轉型升級提供有益的借鑒與參考。

作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅動(dòng)力量，人工智能的地位不容小覷。近幾年，我國人工智能領(lǐng)域的創(chuàng  )新成果不斷涌現、企業(yè)數量逐步增長(cháng)、核心產(chǎn)業(yè)規模日益擴張，人工智能的整體發(fā)展呈現出技術(shù)創(chuàng  )新快、應用范圍廣等明顯特點(diǎn)。與此同時(shí)，作為能夠體現國家生產(chǎn)力水平的重要行業(yè)，我國制造業(yè)正處于高質(zhì)量發(fā)展的階段。其中，高技術(shù)制造業(yè)的發(fā)展更是令人矚目。根據工業(yè)和信息化部的數據，2023 年前三季度，我國高技術(shù)制造業(yè)投資同比增長(cháng)11.3%，已經(jīng)連續36 個(gè)月保持兩位數增長(cháng)的趨勢。
人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，與制造業(yè)融合的進(jìn)程也逐步加快。人工智能的相關(guān)技術(shù)與制造業(yè)全流程的深度融合，有助于提升制造業(yè)全流程的智能化程度、轉變制造業(yè)的生產(chǎn)模式，并通過(guò)對制造業(yè)發(fā)展的賦能帶動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟的數字化、智能化升級。在制造業(yè)數字化、智能化轉型的進(jìn)程中，智能工廠(chǎng)作為具有代表性的產(chǎn)物，體現出顯著(zhù)的提質(zhì)增效效果。截至2023 年，我國建設的智能工廠(chǎng)和數字化車(chē)間已經(jīng)接近萬(wàn)家。
智能工廠(chǎng)的起源，實(shí)際上可以追溯至20 世紀10 年代。1913 年，世界著(zhù)名的汽車(chē)品牌福特（Ford）開(kāi)始使用全廠(chǎng)輸送系統。按照舊的生產(chǎn)方式，福特工廠(chǎng)生產(chǎn)一臺車(chē)的時(shí)間為12 小時(shí)30 分鐘；在運用新的生產(chǎn)方式后，生產(chǎn)一臺車(chē)的時(shí)間可以縮短至5 小時(shí)50 分鐘。隨著(zhù)全廠(chǎng)輸送系統大規模投入生產(chǎn)、流水線(xiàn)的配套設施不斷完善，福特工廠(chǎng)的工效紀錄也在逐步刷新。福特汽車(chē)全廠(chǎng)輸送系統的啟用，實(shí)際上正標志著(zhù)一個(gè)新的工業(yè)時(shí)代—大規模自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)代的來(lái)臨。而一百多年后的今天，我們正逐步從自動(dòng)化時(shí)代邁入智能化時(shí)代，智能工廠(chǎng)將蓬勃興起，并帶動(dòng)智能化生產(chǎn)成為主流的生產(chǎn)趨勢。
諸如福特汽車(chē)的全廠(chǎng)自動(dòng)化輸送系統，雖然表面上看能夠實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，但在生產(chǎn)的過(guò)程中仍然需要工人的全程監督和工程師的實(shí)時(shí)協(xié)助。相比而言，智能工廠(chǎng)可以根據生產(chǎn)的需求智能化調整電力、原材料及工人等要素資源，這不僅可以讓工作模式更加綠色化、數字化，而且可以及時(shí)預警和糾錯，大大降低生產(chǎn)事故的發(fā)生率。在智能工廠(chǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應用使得工廠(chǎng)中的設備、人員和系統能夠無(wú)縫連接、實(shí)時(shí)交互，從而構建出一個(gè)運轉高效、環(huán)境舒適而又節能環(huán)保的工廠(chǎng)。
在國務(wù)院印發(fā)的部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強國的戰略文件中曾明確提出：“在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設智能工廠(chǎng)/ 數字化車(chē)間，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過(guò)程中的應用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監測和自適應控制?！毕嚓P(guān)文件和政策的陸續出臺，加速了智能工廠(chǎng)在制造業(yè)等行業(yè)和領(lǐng)域的應用。
作為現代工廠(chǎng)信息發(fā)展的新階段，智能工廠(chǎng)的應用和推廣有助于提高生產(chǎn)質(zhì)量、降低企業(yè)成本、改進(jìn)制造工藝、增強生產(chǎn)的安全性和可持續性等。比如，阿里巴巴旗下的菜鳥(niǎo)成功研發(fā)了柔性自動(dòng)化倉儲系統，通過(guò)機器人的協(xié)同作業(yè)及人工智能相關(guān)技術(shù)的應用，構建了一套高效、易部署和擴展的全鏈路倉儲自動(dòng)化解決方案。但與此同時(shí)，智能工廠(chǎng)的建設和推進(jìn)也可能面臨諸多問(wèn)題。比如，痛點(diǎn)之一為技術(shù)性問(wèn)題，由于傳統制造企業(yè)目前的數字化進(jìn)程仍然比較緩慢，無(wú)法將大量相關(guān)的數據資源上傳到控制系統中，以實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化控制；痛點(diǎn)之二為結構性問(wèn)題，雖然在智能制造趨勢的推動(dòng)下，新興的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和傳統的工業(yè)企業(yè)均力圖加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、數字孿生智能工廠(chǎng)等的發(fā)展進(jìn)程，但互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)不了解工業(yè)生產(chǎn)流程，傳統工業(yè)企業(yè)又存在技術(shù)短板，二者在智能工廠(chǎng)的建設方面各有利弊。
本書(shū)立足于我國制造強國建設與實(shí)踐，針對我國當前制造業(yè)的發(fā)展現狀與趨勢，全面闡述智能制造的概念內涵、關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐對策，深度剖析智能工廠(chǎng)建設的頂層設計與規劃布局，詳細梳理ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）系統、MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）、PLM（Product Lifecycle Management，產(chǎn)品生命周期管理）系統、WMS（Warehouse Management System，倉庫管理系統）等智能工廠(chǎng)核心系統的關(guān)鍵技術(shù)與應用實(shí)踐，重點(diǎn)介紹數字化車(chē)間規劃與建設的方法及要點(diǎn)，細致地分析智能工廠(chǎng)物流的建設步驟、關(guān)鍵裝備與技術(shù)，并進(jìn)一步探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數字孿生在智能工廠(chǎng)領(lǐng)域的應用場(chǎng)景與落地路徑。全書(shū)分別從智能制造的戰略路徑、智能工廠(chǎng)規劃布局、信息化系統架構、數字化車(chē)間建設實(shí)踐、智能工廠(chǎng)物流規劃、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用、數字孿生智能工廠(chǎng)等維度深度剖析新一代智能制造技術(shù)在智能工廠(chǎng)領(lǐng)域的創(chuàng  )新應用，力圖為傳統制造業(yè)企業(yè)的數字化轉型升級提供有益的借鑒與參考。
隨著(zhù)生產(chǎn)設備逐漸增多、生產(chǎn)過(guò)程日益復雜、人力成本快速上升及系統管理的要求越來(lái)越高，通過(guò)智能化手段進(jìn)行設備的控制管理成為數字化工廠(chǎng)發(fā)展的主要趨勢，而智能工廠(chǎng)則是制造領(lǐng)域企業(yè)進(jìn)行智能化轉型的最優(yōu)路徑。在智能工廠(chǎng)已然成為現代工業(yè)、制造業(yè)創(chuàng  )新的大勢所趨的背景下，了解其規劃布局、系統架構、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)施路徑等便至關(guān)重要。
本書(shū)可供生產(chǎn)制造企業(yè)數字化轉型實(shí)施人員，從事智能制造、智慧城市、自動(dòng)化、人工智能領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，以及對數字孿生、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能制造、數字化工廠(chǎng)等感興趣的各界人士閱讀參考，也可以作為智能制造、人工智能等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生的學(xué)習參考資料。

著(zhù)者

翁微妮
浙江省智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng  )新中心質(zhì)量專(zhuān)家，六西格瑪黑帶，浙江工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院企業(yè)講座專(zhuān)家，小綠芽精益公益創(chuàng  )始人?，F任職于博世電動(dòng)工具（中國）有限公司，擔任全球新興市場(chǎng)事業(yè)部客戶(hù)質(zhì)量經(jīng)理，擁有10多年設計質(zhì)量、生產(chǎn)質(zhì)量、售后質(zhì)量以及審核、問(wèn)題解決等質(zhì)量技術(shù)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗。

趙國利
高級工程師，浙江工業(yè)大學(xué)兼職教授、研究生導師，浙江大學(xué)校外導師，小綠芽精益公益創(chuàng  )始人?，F任職于博世電動(dòng)工具（中國）有限公司，擔任全球新興市場(chǎng)事業(yè)部精益生產(chǎn)系統設計負責人和工業(yè)4.0負責人；擁有20多年生產(chǎn)質(zhì)量、精益生產(chǎn)、精益設計和工業(yè)4.0領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗，主持了公司智能制造規劃、新工廠(chǎng)布局規劃、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)設計、智能物流設計等20多個(gè)項目。

楊?lèi)?ài)喜
浙江大學(xué)工程師學(xué)院碩士生導師，杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院研究員，正高級工程師，工信部智能制造專(zhuān)家，國家標準技術(shù)評估專(zhuān)家，享受?chē)鴦?wù)院特殊津貼專(zhuān)家。浙江省汽車(chē)工程學(xué)會(huì )技術(shù)標準委員會(huì )主任委員，現任浙江省智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng  )新中心總經(jīng)理，杭州云棲智能汽車(chē)創(chuàng  )新中心主任。

本書(shū)立足于我國制造強國建設與實(shí)踐，針對我國當前制造業(yè)的發(fā)展現狀與趨勢，全面闡述智能制造的概念內涵、關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐對策，深度剖析智能工廠(chǎng)建設的頂層設計與規劃布局，詳細梳理ERP系統、MES、PLM系統、WMS等智能工廠(chǎng)核心系統的關(guān)鍵技術(shù)與應用實(shí)踐，重點(diǎn)介紹數字化車(chē)間規劃與建設的方法及要點(diǎn)，細致分析智能工廠(chǎng)物流的建設步驟、關(guān)鍵裝備與技術(shù)，并進(jìn)一步探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數字孿生在智能工廠(chǎng)領(lǐng)域的應用場(chǎng)景與落地路徑。
本書(shū)可供生產(chǎn)制造企業(yè)數字化轉型實(shí)施人員，從事智能制造、智慧城市、自動(dòng)化、人工智能領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，以及對數字孿生、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能制造、數字化工廠(chǎng)等感興趣的各界人士閱讀參考，也可以作為智能制造、人工智能等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生的學(xué)習參考資料。

第1章 智能制造的戰略路徑
1.1 制造強國：新一輪工業(yè)革命的來(lái)臨 2
1.1.1 新一輪工業(yè)革命的來(lái)臨 2
1.1.2 制造強國建設的戰略意義 5
1.1.3 我國制造強國的建設路徑 6
1.1.4 建設制造強國的關(guān)鍵 8
1.2 智能制造：驅動(dòng)中國經(jīng)濟轉型升級 11
1.2.1 國內外制造業(yè)的發(fā)展現狀 11
1.2.2 智能制造引領(lǐng)新經(jīng)濟發(fā)展 13
1.2.3 我國智能制造轉型的關(guān)鍵 15
1.2.4 數實(shí)融合背景下的制造業(yè)轉型 17
1.3 技術(shù)體系：智能制造關(guān)鍵使能技術(shù) 19
1.3.1 智能優(yōu)化算法 19
1.3.2 模式識別技術(shù) 22
1.3.3 模糊控制技術(shù) 24
1.3.4 深度學(xué)習技術(shù) 25
1.3.5 知識工程技術(shù) 26
1.3.6 商業(yè)智能技術(shù) 29
1.4 實(shí)踐對策：傳統制造業(yè)的轉型之路 30
1.4.1 構建智能制造創(chuàng  )新體系 30
1.4.2 探索服務(wù)型制造新模式 33
1.4.3 科技賦能企業(yè)數智轉型 35
1.4.4 推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)模式變革 37

第2章 智能工廠(chǎng)規劃布局
2.1 智能工廠(chǎng)：開(kāi)啟未來(lái)智能制造模式 42
2.1.1 智能工廠(chǎng)的概念與特征 42
2.1.2 智能工廠(chǎng)總體系統架構 45
2.1.3 國內外智能工廠(chǎng)建設現狀 47
2.1.4 智能工廠(chǎng)規劃與建設要點(diǎn) 50
2.2 頂層設計：思路、框架與實(shí)踐步驟 52
2.2.1 智能工廠(chǎng)的頂層設計思路 52
2.2.2 智能工廠(chǎng)信息化整體架構 54
2.2.3 智能工廠(chǎng)建設的關(guān)鍵技術(shù) 57
2.2.4 智能工廠(chǎng)建設的4 個(gè)步驟 59
2.3 規劃布局：智能工廠(chǎng)的關(guān)鍵要素 60
2.3.1 數據采集與管理 60
2.3.2 智能廠(chǎng)房規劃設計 63
2.3.3 智能裝備與產(chǎn)線(xiàn) 65
2.3.4 工廠(chǎng)生產(chǎn)無(wú)紙化 66
2.3.5 智能生產(chǎn)監控系統 68

第3章 信息化系統架構
3.1 ERP：企業(yè)資源計劃系統 72
3.1.1 ERP 系統的概念與特點(diǎn) 72
3.1.2 ERP 系統的應用優(yōu)勢 74
3.1.3 ERP 系統的應用場(chǎng)景 75
3.1.4 實(shí)施ERP 系統的流程步驟 77
3.2 MES：智能工廠(chǎng)制造執行系統 79
3.2.1 MES 的基本概念與應用優(yōu)勢 79
3.2.2 MES 的總體架構 81
3.2.3 MES 的模塊功能 83
3.2.4 MES 的應用場(chǎng)景 84
3.2.5 基于MES 的智能工廠(chǎng)建設 87
3.3 PLM：產(chǎn)品生命周期管理系統 88
3.3.1 PLM 系統的基本介紹 88
3.3.2 研發(fā)項目管理存在的問(wèn)題 91
3.3.3 PLM 研發(fā)平臺的構建因素 93
3.3.4 PLM 系統的體系架構模型 94
3.3.5 PLM 研發(fā)平臺的實(shí)現路徑 96
3.4 WMS：智能工廠(chǎng)倉儲管理系統 97
3.4.1 WMS 的應用價(jià)值 97
3.4.2 WMS 的關(guān)鍵技術(shù) 100
3.4.3 WMS 的主要功能 102
3.4.4 國內WMS 的應用 104

第4章 數字化車(chē)間建設實(shí)踐
4.1 數字化車(chē)間：智能工廠(chǎng)的核心要素 108
4.1.1 數字化車(chē)間建設思路與步驟 108
4.1.2 數字化車(chē)間建設的主要內容 110
4.1.3 數字化車(chē)間的管理平臺架構 113
4.1.4 數字化車(chē)間管理平臺的搭建 115
4.2 數字化車(chē)間的產(chǎn)線(xiàn)建設及仿真應用 117
4.2.1 自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)的建設目標與設計要點(diǎn) 117
4.2.2 產(chǎn)線(xiàn)調研與分析的7 個(gè)步驟 120
4.2.3 車(chē)間產(chǎn)線(xiàn)數字化建模與仿真 123
4.2.4 產(chǎn)線(xiàn)仿真技術(shù)的應用場(chǎng)景 125
4.3 基于5G 邊云協(xié)同的柔性化產(chǎn)線(xiàn)方案 128
4.3.1 數字科技驅動(dòng)的柔性智能制造 128
4.3.2 基于PON 技術(shù)的“端邊云”協(xié)同 130
4.3.3 工業(yè)視覺(jué)在SMT 產(chǎn)線(xiàn)中的應用 132
4.3.4 基于邊云協(xié)同的SMT 柔性產(chǎn)線(xiàn) 133

第5章 智能工廠(chǎng)物流規劃
5.1 智能工廠(chǎng)物流系統規劃的關(guān)鍵步驟 138
5.1.1 第一步：需求梳理階段 138
5.1.2 第二步：概念設計階段 139
5.1.3 第三步：初步規劃階段 141
5.1.4 第四步：詳細規劃階段 144
5.1.5 第五步：方案驗證階段 146
5.2 智慧物流的關(guān)鍵技術(shù)與應用場(chǎng)景 148
5.2.1 人機共智：智慧物流的終極目標 148
5.2.2 無(wú)人配送的關(guān)鍵技術(shù)與應用 150
5.2.3 基于IoT 的智慧物流系統 153
5.2.4 物聯(lián)網(wǎng)物流發(fā)展的問(wèn)題與對策 155
5.2.5 智能工廠(chǎng)物流系統的未來(lái)展望 156
5.3 智慧倉儲系統的關(guān)鍵裝備與技術(shù) 159
5.3.1 5G 時(shí)代的倉儲信息化系統 159
5.3.2 收貨上架環(huán)節的裝備與技術(shù) 161
5.3.3 貨物存儲環(huán)節的裝備與技術(shù) 163
5.3.4 智能揀選環(huán)節的裝備與技術(shù) 164
5.3.5 集貨發(fā)貨環(huán)節的裝備與技術(shù) 165

第6章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用
6.1 數字化管理：實(shí)現管理模式的創(chuàng  )新 168
6.1.1 設備管理：數據驅動(dòng)智能決策 168
6.1.2 運營(yíng)管理：賦能企業(yè)降本增效 170
6.1.3 組織管理：激活人才創(chuàng  )新動(dòng)能 171
6.2 智能化生產(chǎn)：驅動(dòng)工業(yè)數字化轉型 172
6.2.1 智能設備：運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監測 172
6.2.2 智能產(chǎn)線(xiàn)：生產(chǎn)管控快速響應 173
6.2.3 個(gè)性化定制：滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求 174
6.2.4 智能服務(wù)：優(yōu)化客戶(hù)服務(wù)體驗 176
6.3 網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同：數據資源的互通共享 177
6.3.1 協(xié)同設計：提高產(chǎn)品研發(fā)效率 177
6.3.2 協(xié)同制造：智能化生產(chǎn)與運維 178
6.3.3 供應鏈協(xié)同：資源配置動(dòng)態(tài)優(yōu)化 180
6.3.4 服務(wù)化延伸：打造服務(wù)型制造模式 181

第7章 數字孿生智能工廠(chǎng)
7.1 工業(yè)數字孿生：邁向未來(lái)制造之路 186
7.1.1 工業(yè)數字孿生功能與架構 186
7.1.2 深度釋放工業(yè)數據的價(jià)值 189
7.1.3 實(shí)現生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置 190
7.1.4 工業(yè)數字孿生的發(fā)展意義 193
7.2 數字孿生工廠(chǎng)系統功能與建設實(shí)踐 194
7.2.1 數字孿生工廠(chǎng)的應用優(yōu)勢 194
7.2.2 數字孿生工廠(chǎng)的系統功能 196
7.2.3 數字孿生工廠(chǎng)平臺建設路徑 200
7.2.4 基于數字孿生的智能車(chē)間應用 203
7.3 基于數字孿生的智能工廠(chǎng)應用場(chǎng)景 206
7.3.1 場(chǎng)景1：產(chǎn)品設計研發(fā) 206
7.3.2 場(chǎng)景2：智能運維決策 207
7.3.3 場(chǎng)景3：智聯(lián)生產(chǎn)管控 209
7.3.4 場(chǎng)景4：智能供應鏈協(xié)同 209