本書給出了智能制造的基本概念及創(chuàng)新模式，向讀者介紹了智能化轉型的頂層設計及評估方法、智能化轉型的核心數據資源的管理和治理、工業(yè)信息安全管理及評估，特別是闡述了比較新的數字孿生技術及與CPS的關系、5G及在工業(yè)領域的應用，同時還介紹了工業(yè)智能及邊緣技術、工業(yè)互聯網及平臺。
本書所介紹的方法，都展示了相應的案例。
適讀人群 ：廣大讀者 本書共分3篇12章, 分別介紹工業(yè)智能化轉型的方法、核心技術和實踐案例。
第1—4章為方法篇，主要介紹轉型模式及頂層設計工具和方法。第1章介紹智能制造的基本概念及創(chuàng)新模式，并介紹智能制造“燈塔”工廠的智能制造應用場景、績效改善效果及變革管理經驗；第2章介紹智能化轉型的頂層設計及評估方法，重點介紹“兩化”融合管理體系及成熟度模型；第3章介紹智能化轉型的核心工業(yè)數據資源的管理和治理，第四章介紹工業(yè)智能化轉型成功的保證工業(yè)信息安全體系、管理及評估。
第5—8章為技術篇，主要介紹智能化轉型階段相關的核心技術-數字孿生、5G、工業(yè)互聯網平臺和工業(yè)智能。第5章介紹數字孿生技術及與CPS的關系；第6章介紹5G及在工業(yè)領域的應用；第7章介紹工業(yè)智能及邊緣技術；第8章介紹工業(yè)互聯網及平臺。
第9—12章為實踐篇，介紹智能制造成熟度模型、級別要求及案例分析。第9章涉及企業(yè)戰(zhàn)略組織，包括人員、技術和資源；第10章、第11章和第12章分別介紹設計環(huán)節(jié)、生產環(huán)節(jié)、供應和服務環(huán)節(jié)成熟度級別要求及相關案例分析。
隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等概念深入人心，制造業(yè)向數字化、網絡化、智能化方向發(fā)展已是大勢所趨，也是制造業(yè)在互聯網浪潮中生存革新的必然選擇。
所謂工業(yè)智能化轉型是指在工業(yè)領域中采用人工智能、知識工程、神經元網絡理論、大系統(tǒng)理論等，使工業(yè)制造系統(tǒng)具有人的某些智能，能替代或擴展人的腦力勞動，并實現腦力勞動自動化；并集信息技術、系統(tǒng)控制技術、軟件技術、通信技術、傳感技術、機器人技術和專家系統(tǒng)等技術群集于一體，實現一體化或綜合化，以提升企業(yè)的運行效率和獲得競爭優(yōu)勢。
工業(yè)4.0、智能制造等，面對客戶需求的變化，企業(yè)如何適應和跟上這一快速的變化，如何更好地滿足客戶需求，這是數字化轉型需要解決的核心問題。在過去，消費者追求的更多是高性價比、產品功能豐富、耐用性高等功能訴求；而今天，年輕的消費者不僅僅關注功能訴求，而且關注內容、服務、參與度、社交體驗、分享與交流等體驗訴求。消費者的需求已變化，企業(yè)的供給必須跟上消費者需求的變化。
伴隨著工業(yè)技術和信息技術的飛速發(fā)展，商業(yè)系統(tǒng)的需求、生產流程、業(yè)務邏輯的復雜性逐漸增加，對信息系統(tǒng)的響應要求也越來越高。面對商業(yè)和制造系統(tǒng)復雜性的持續(xù)增加，基于傳統(tǒng)IT架構的解決方案越來越難以適應日益復雜的制造系統(tǒng)。工業(yè)互聯網平臺基于云架構實現各業(yè)務系統(tǒng)和解決方案的云化遷移，使大量數據、模型、決策信息平臺化匯聚、在線化調用，系統(tǒng)之間實現互聯互通操作，實現了業(yè)務系統(tǒng)的功能重用、快速迭代、敏捷開發(fā)、按需交付。伴隨著制造系統(tǒng)的復雜性增加，新的業(yè)務系統(tǒng)通過對原有業(yè)務系統(tǒng)模塊的組合編排、部署實現快速上線，系統(tǒng)響應能力達到指數增長。
面對數字化、網絡化和智能化轉型大變革，企業(yè)該如何轉型？企業(yè)需要實現三個轉變： 一是以確定性應對不確定性，面對需求的不確定性，企業(yè)需要以數據+算法的策略應對不確定性；二是以增量革命構建新型能力，企業(yè)數字化轉型就是要把軟件、設備、流程優(yōu)化、管理變革最終轉化為企業(yè)的新型能力；三是從產品制造商到客戶運營商的轉變，制造企業(yè)應成為一個工業(yè)產品提供者，通過產品與客戶建立一種“強關系”，能成為24h在線，了解、預測、滿足客戶需求的“客戶運營商”。
企業(yè)智能化轉型時代已經到來。
本書主要特點是： ① 針對信息化轉型的新階段——智能化轉型特點的要求，提出了智能化轉型方法論；② 梳理了信息化轉型所涉及的方法和技術；③ 分領域分析了智能制造成熟度模型及相關案例。
本書由孔繁榮、鄭樹泉擔任主編；黃燕、徐侃、李索遠、王倩、武智霞、宋光照等參與了部分章節(jié)的編寫工作。
感謝上海計算機軟件技術開發(fā)中心、上海嵌入式系統(tǒng)應用工程技術研究中心多年來的研究和應用實踐為本書的寫作積累了大量的素材和案例。本書的撰寫得到了國家重點研發(fā)計劃“網絡協(xié)同制造和智能工廠”重點專項《智能工廠彈性服務管控平臺通用架構及開發(fā)工具》項目的支持。該項目提出了“智能工廠管控平臺彈性基礎架構”，我們基于該架構的模型已面向航空、電子信息、先進制造等行業(yè)開展了企業(yè)數字化轉型的應用實踐。
同時，本書也得到了中國電子技術標準化研究院及工業(yè)大數據標準化研究小組、中國信息通信研究院及工業(yè)互聯網聯盟相關會員、工業(yè)智能服務聯盟會員企業(yè)、工業(yè)大數據產業(yè)應用聯盟企業(yè)的領導和專家的支持，他們?yōu)楸緯膶懽魈峁┝瞬簧俳ㄗh和案例材料，在此一并表示感謝。
智能制造數字化、網絡化和智能化轉型是個不斷改進和演化的過程，企業(yè)需要通過不斷實踐來積累經驗和不斷推進工作，本書只能起到一個拋磚引玉的作用。歡迎讀者對本書不足之處批評指正，希望分享體會和經驗，共同推進智能制造的轉型升級。
孔繁榮于上海
2020年5月
孔繁榮，工學博士，中國人工智能學會自然計算及數字智能城市專業(yè)委員會會秘書長，上海市人工智能學會理事、上海嵌入式系統(tǒng)應用工程技術研究中心常務副主任，上海市五四青年獎章獲得者�？追睒s長期從事工業(yè)控制與工業(yè)智能系統(tǒng)研究及應用工作，主持包括“智能工廠彈性服務管控平臺通用架構及開發(fā)工具”在內10多項國家J、省部級重大科研課題，獲得各類型知識產權50余項，主持或參與制定國家標準7項，獲得多項省部級科技進步獎項，以第一作者身份在SCI等國內外刊物發(fā)表40余篇論文，出版各類學術專著10余種。
鄭樹泉，上海計算機軟件技術開發(fā)中心嵌入式工程中心副主任，上海產業(yè)技術研究院工程大數據服務創(chuàng)新中心主任，高級工程師。獲得4項相關專利，其中含發(fā)明專利二項，合作發(fā)表相關論文六篇，獲得上�？萍歼M步三等獎。研究了德國的工業(yè)4.0戰(zhàn)略、美國的工業(yè)互聯網戰(zhàn)略及中國制造2025戰(zhàn)略，作為“智能工廠通用技術標準試驗驗證”及“智能制造工業(yè)云、大數據標準試驗驗證”二個標準的專家組成員參與了七個標準的起草工作。提出了工業(yè)大數據參考架構。是中國信標委工業(yè)大數據工作組“工業(yè)大數據白皮書”主要起草人員之一，聯合上海市政工程設計院橋梁所聯合開發(fā)了橋梁健康監(jiān)測及養(yǎng)護平臺等多個工業(yè)大數據應用。
第1篇戰(zhàn)略與方法1
第1章智能制造與創(chuàng)新模式/3
1.1智能制造市場背景/3
1.2智能制造概念及關鍵技術/6
1.3智能制造創(chuàng)新模式/9
1.3.1智能互聯產品/9
1.3.2智能化生產/10
1.3.3網絡化協(xié)同/13
1.3.4服務化延伸/16
1.3.5大規(guī)模個性化定制/18
1.4“燈塔工廠”的啟示/23
1.4.1應用場景/23
1.4.2績效改善/25
1.4.3變革管理/27
參考文獻/29
第2章智能化轉型方法/31
2.1智能化轉型的本質/31
2.1.1適應競爭環(huán)境的快速變化/31
2.1.2工具革命/32
2.1.3體系重構/34
2.2智能化轉型方法論/34
2.2.1戰(zhàn)略與價值/35
2.2.2三項集成/36
2.2.3關鍵行動/38
2.3兩化融合管理體系/46
2.3.1概念和原則/46
2.3.2管理體系框架/48
2.3.3評估內容/49
2.3.4評估框架/50
2.3.5評估指標體系/53
2.4智能制造能力成熟度模型/54
2.4.1成熟度模型起源/54
2.4.2模型框架及等級/55
2.4.3模型價值及評估過程/57
參考文獻/58
第3章工業(yè)數據管理與治理/59
3.1數據管理框架/59
3.1.1數據管理的主要內容/60
3.1.2數據管理實施要點/62
3.2工業(yè)數據治理框架/64
3.2.1工業(yè)數據治理原則/65
3.2.2工業(yè)數據治理范圍/65
3.2.3工業(yè)數據治理的實施與評估/68
3.3數據質量/72
3.3.1數據質量的概念及度量/72
3.3.2數據質量的影響因素/73
3.3.3數據質量管理參考架構/74
3.3.4數據質量項目實施方法/75
3.4工業(yè)數據的CRISPDM方法論/79
3.4.1CRISPDM方法論的概念/79
3.4.2CRISPDM 模型的工業(yè)領域落地難點/79
3.4.3工業(yè)數據分析過程中使用 CRISPDM/80
參考文獻/82
第4章工業(yè)信息安全/83
4.1工業(yè)互聯網安全框架/83
4.1.1傳統(tǒng)網絡安全框架/83
4.1.2典型工業(yè)互聯網安全框架/86
4.1.3相關框架共性分析及經驗借鑒/88
4.1.4工業(yè)互聯網安全框架設計/88
4.2工業(yè)信息安全技術與措施/93
4.2.1設備安全/93
4.2.2控制安全/94
4.2.3網絡安全/95
4.2.4應用安全/97
4.2.5數據安全/99
4.2.6監(jiān)測感知/100
4.2.7處置恢復/101
4.3人工智能數據安全/103
4.3.1人工智能數據安全內涵與架構/103
4.3.2人工智能數據安全風險/105
4.3.3人工智能數據安全應用/108
4.4工業(yè)信息安全等級保護測評/111
4.4.1與工業(yè)安全相關的等級保護內容/111
4.4.2工業(yè)互聯網企業(yè)網絡安全分類分級/112
參考文獻/114
第2篇技術與平臺115
第5章數字孿生/117
5.1數字孿生及相關概念/118
5.1.1概念模型/118
5.1.2數字紐帶/118
5.1.3數字孿生與信息物理系統(tǒng)/119
5.2數字孿生模型/121
5.2.1數字孿生五維模型/121
5.2.2數字孿生驅動的應用準則/122
5.3數字孿生工業(yè)應用/123
5.3.1數字孿生車間/123
5.3.2數字孿生車間在產品全生命周期中的應用/125
5.4數字孿生城市應用/130
5.4.1數字孿生城市的內涵及特征/130
5.4.2數字孿生城市總體架構及運行機理/131
5.4.3數字孿生城市應用方向/132
參考文獻/140
第6章5G與工業(yè)應用/141
6.15G發(fā)展背景/142
6.1.1移動通信技術發(fā)展史/142
6.1.2國外5G發(fā)展/143
6.1.3中國5G發(fā)展/144
6.25G應用場景及技術/145
6.2.15G三大應用場景/145
6.2.25G核心網關鍵技術/147
6.35G的工業(yè)應用場景/152
6.3.15G+機器視覺/152
6.3.25G+遠程現場/153
6.3.35G+遠程控制/154
6.45G工業(yè)應用案例/154
6.4.15G+智能工廠/154
6.4.25G+智能電網/155
6.4.35G+家電制造/156
6.4.45G+倉儲物流/157
參考文獻/158
第7章工業(yè)互聯網與中臺技術/159
7.1工業(yè)互聯網概念及架構模型/159
7.2國內外工業(yè)互聯網/162
7.2.1GE工業(yè)互聯網/162
7.2.2IIC工業(yè)互聯網/164
7.2.3中國工業(yè)互聯網/164
7.3工業(yè)互聯網平臺/165
7.3.1工業(yè)互聯網平臺發(fā)展歷程/165
7.3.2工業(yè)互聯網平臺功能層次/166
7.3.3工業(yè)互聯網平臺價值/168
7.3.4工業(yè)互聯網平臺應用分布/169
7.3.5垂直行業(yè)應用/174
7.4中臺技術/178
7.4.1中臺概念起源/178
7.4.2數據中臺的功能定位/180
參考文獻/181
第8章工業(yè)智能與邊緣計算/182
8.1工業(yè)智能發(fā)展背景與關鍵技術/183
8.1.1工業(yè)智能發(fā)展背景/183
8.1.2工業(yè)智能關鍵技術/184
8.2工業(yè)數字化智能化關系/187
8.2.1智能化與工業(yè)大數據/187
8.2.2從人工智能到工業(yè)智能/188
8.3工業(yè)智能化發(fā)展層次與應用/189
8.3.1工業(yè)智能化五個發(fā)展層次/189
8.3.2工業(yè)智能的典型應用/190
8.4邊緣計算架構與平臺/197
8.4.1邊緣計算及其發(fā)展/198
8.4.2邊緣計算的參考架構/199
8.4.3工業(yè)邊緣計算平臺/200
參考文獻/203
第3篇應用與實踐205
第9章案例——人員、技術與資源/207
9.1組織戰(zhàn)略/207
9.1.1戰(zhàn)略管理與組織戰(zhàn)略/207
9.1.2組織戰(zhàn)略能力子域成熟度模型/208
9.1.3案例分析/208
9.2人員技能/211
9.2.1人員技能/211
9.2.2人員技能能力子域成熟度模型/212
9.2.3案例分析/213
9.3數據/214
9.3.1工業(yè)大數據的戰(zhàn)略作用/214
9.3.2數據能力域成熟度模型/215
9.3.3案例分析/216
9.4集成/218
9.4.1集成的意義和內容/218
9.4.2集成能力子域成熟度模型/218
9.4.3案例分析/219
9.5信息安全/221
9.5.1工業(yè)領域中的信息安全/221
9.5.2信息安全能力子域成熟度模型/221
9.5.3案例分析/222
9.6網絡/224
9.6.1工業(yè)網絡概述/224
9.6.2網絡能力子域成熟度模型/225
9.6.3案例分析/225
9.7裝備/227
9.7.1智能制造裝備概述/227
9.7.2裝備能力域成熟度模型/228
9.7.3案例分析/228
參考文獻/229
第10章案例——產品與工藝設計/230
10.1產品設計/230
10.1.1人工智能對產品設計思維的影響與塑造/230
10.1.2產品設計子域成熟度級別要求/231
10.1.3案例分析/233
10.2工藝設計/234
10.2.1智能化的制造工藝/234
10.2.2產品設計與工藝設計協(xié)同/235
10.2.3工藝設計子域成熟度級別要求/235
10.2.4案例分析/237
參考文獻/240
第11章案例——智能化生產/241
11.1計劃與調度/241
11.1.1計劃與調度在生產中的作用/241
11.1.2計劃與調度能力子域成熟度模型/242
11.1.3案例分析/243
11.2生產作業(yè)/244
11.2.1自動化高柔性的自適應生產/244
11.2.2生產作業(yè)能力子域成熟度模型/245
11.2.3案例分析/246
11.3設備管理/248
11.3.1預測性維護/248
11.3.2設備管理能力子域成熟度模型/248
11.3.3案例分析/250
11.4安全環(huán)保/255
11.4.1智能化為安全和環(huán)保帶來倍增效應/255
11.4.2安全環(huán)保能力子域成熟度模型/255
11.4.3案例分析/256
11.5倉儲配送/258
11.5.1供應鏈中的資源提供者/258
11.5.2倉儲配送能力子域成熟度模型/259
11.5.3案例分析/260
11.6能源管理/261
11.6.1智能化的能源管理/261
11.6.2能源管理能力子域成熟度模型/262
11.6.3案例分析/263
參考文獻/265
第12章案例——智慧供應鏈與服務/266
12.1采購/266
12.1.1供應鏈條件下的采購管理/266
12.1.2采購能力子域成熟度模型/267
12.1.3案例分析/268
12.2物流/270
12.2.1物流管理/270
12.2.2物流子域成熟度級別要求/271
12.2.3案例分析/272
12.3銷售/275
12.3.1銷售管理/275
12.3.2銷售子域成熟度級別要求/276
12.3.3案例分析/277
12.4客戶服務/278
12.4.1客戶服務管理/278
12.4.2客戶服務成熟度級別要求/279
12.4.3案例分析/279
12.5產品服務/281
12.5.1產品服務系統(tǒng)/281
12.5.2產品服務成熟度級別要求/282
10.5.3案例分析/283
參考文獻/284
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