工业智能化转型方法与实践

　　本书给出了智能制造的基本概念及创新模式，向读者介绍了智能化转型的顶层设计及评估方法、智能化转型的核心数据资源的管理和治理、工业信息安全管理及评估，特别是阐述了比较新的数字孪生技术及与CPS的关系、5G及在工业领域的应用，同时还介绍了工业智能及边缘技术、工业互联网及平台。本书所介绍的方法，都展示了相应的案例。

　　孔繁荣，工学博士，中国人工智能学会自然计算及数字智能城市专业委员会会秘书长，上海市人工智能学会理事、上海嵌入式系统应用工程技术研究中心常务副主任，上海市五四青年奖章获得者。孔繁荣长期从事工业控制与工业智能系统研究及应用工作，主持包括“智能工厂弹性服务管控平台通用架构及开发工具”在内10多项国家J、省部级重大科研课题，获得各类型知识产权50余项，主持或参与制定国家标准7项，获得多项省部级科技进步奖项，以第一作者身份在SCI等国内外刊物发表40余篇论文，出版各类学术专著10余种。 郑树泉，上海计算机软件技术开发中心嵌入式工程中心副主任，上海产业技术研究院工程大数据服务创新中心主任，高级工程师。获得4项相关专利，其中含发明专利二项，合作发表相关论文六篇，获得上海科技进步三等奖。研究了德国的工业4.0战略、美国的工业互联网战略及中国制造2025战略，作为“智能工厂通用技术标准试验验证”及“智能制造工业云、大数据标准试验验证”二个标准的专家组成员参与了七个标准的起草工作。提出了工业大数据参考架构。是中国信标委工业大数据工作组“工业大数据白皮书”主要起草人员之一，联合上海市政工程设计院桥梁所联合开发了桥梁健康监测及养护平台等多个工业大数据应用。

第1篇战略与方法1
第1章智能制造与创新模式/3
1.1智能制造市场背景/3
1.2智能制造概念及关键技术/6
1.3智能制造创新模式/9
1.3.1智能互联产品/9
1.3.2智能化生产/10
1.3.3网络化协同/13
1.3.4服务化延伸/16
1.3.5大规模个性化定制/18
1.4“灯塔工厂”的启示/23
1.4.1应用场景/23
1.4.2绩效改善/25
1.4.3变革管理/27
参考文献/29
第2章智能化转型方法/31
2.1智能化转型的本质/31
2.1.1适应竞争环境的快速变化/31
2.1.2工具革命/32
2.1.3体系重构/34
2.2智能化转型方法论/34
2.2.1战略与价值/35
2.2.2三项集成/36
2.2.3关键行动/38
2.3两化融合管理体系/46
2.3.1概念和原则/46
2.3.2管理体系框架/48
2.3.3评估内容/49
2.3.4评估框架/50
2.3.5评估指标体系/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模型框架及等级/55
2.4.3模型价值及评估过程/57
参考文献/58
第3章工业数据管理与治理/59
3.1数据管理框架/59
3.1.1数据管理的主要内容/60
3.1.2数据管理实施要点/62
3.2工业数据治理框架/64
3.2.1工业数据治理原则/65
3.2.2工业数据治理范围/65
3.2.3工业数据治理的实施与评估/68
3.3数据质量/72
3.3.1数据质量的概念及度量/72
3.3.2数据质量的影响因素/73
3.3.3数据质量管理参考架构/74
3.3.4数据质量项目实施方法/75
3.4工业数据的CRISPDM方法论/79
3.4.1CRISPDM方法论的概念/79
3.4.2CRISPDM 模型的工业领域落地难点/79
3.4.3工业数据分析过程中使用 CRISPDM/80
参考文献/82
第4章工业信息安全/83
4.1工业互联网安全框架/83
4.1.1传统网络安全框架/83
4.1.2典型工业互联网安全框架/86
4.1.3相关框架共性分析及经验借鉴/88
4.1.4工业互联网安全框架设计/88
4.2工业信息安全技术与措施/93
4.2.1设备安全/93
4.2.2控制安全/94
4.2.3网络安全/95
4.2.4应用安全/97
4.2.5数据安全/99
4.2.6监测感知/100
4.2.7处置恢复/101
4.3人工智能数据安全/103
4.3.1人工智能数据安全内涵与架构/103
4.3.2人工智能数据安全风险/105
4.3.3人工智能数据安全应用/108
4.4工业信息安全等级保护测评/111
4.4.1与工业安全相关的等级保护内容/111
4.4.2工业互联网企业网络安全分类分级/112
参考文献/114
第2篇技术与平台115
第5章数字孪生/117
5.1数字孪生及相关概念/118
5.1.1概念模型/118
5.1.2数字纽带/118
5.1.3数字孪生与信息物理系统/119
5.2数字孪生模型/121
5.2.1数字孪生五维模型/121
5.2.2数字孪生驱动的应用准则/122
5.3数字孪生工业应用/123
5.3.1数字孪生车间/123
5.3.2数字孪生车间在产品全生命周期中的应用/125
5.4数字孪生城市应用/130
5.4.1数字孪生城市的内涵及特征/130
5.4.2数字孪生城市总体架构及运行机理/131
5.4.3数字孪生城市应用方向/132
参考文献/140
第6章5G与工业应用/141
6.15G发展背景/142
6.1.1移动通信技术发展史/142
6.1.2国外5G发展/143
6.1.3中国5G发展/144
6.25G应用场景及技术/145
6.2.15G三大应用场景/145
6.2.25G核心网关键技术/147
6.35G的工业应用场景/152
6.3.15G+机器视觉/152
6.3.25G+远程现场/153
6.3.35G+远程控制/154
6.45G工业应用案例/154
6.4.15G+智能工厂/154
6.4.25G+智能电网/155
6.4.35G+家电制造/156
6.4.45G+仓储物流/157
参考文献/158
第7章工业互联网与中台技术/159
7.1工业互联网概念及架构模型/159
7.2国内外工业互联网/162
7.2.1GE工业互联网/162
7.2.2IIC工业互联网/164
7.2.3中国工业互联网/164
7.3工业互联网平台/165
7.3.1工业互联网平台发展历程/165
7.3.2工业互联网平台功能层次/166
7.3.3工业互联网平台价值/168
7.3.4工业互联网平台应用分布/169
7.3.5垂直行业应用/174
7.4中台技术/178
7.4.1中台概念起源/178
7.4.2数据中台的功能定位/180
参考文献/181
第8章工业智能与边缘计算/182
8.1工业智能发展背景与关键技术/183
8.1.1工业智能发展背景/183
8.1.2工业智能关键技术/184
8.2工业数字化智能化关系/187
8.2.1智能化与工业大数据/187
8.2.2从人工智能到工业智能/188
8.3工业智能化发展层次与应用/189
8.3.1工业智能化五个发展层次/189
8.3.2工业智能的典型应用/190
8.4边缘计算架构与平台/197
8.4.1边缘计算及其发展/198
8.4.2边缘计算的参考架构/199
8.4.3工业边缘计算平台/200
参考文献/203
第3篇应用与实践205
第9章案例——人员、技术与资源/207
9.1组织战略/207
9.1.1战略管理与组织战略/207
9.1.2组织战略能力子域成熟度模型/208
9.1.3案例分析/208
9.2人员技能/211
9.2.1人员技能/211
9.2.2人员技能能力子域成熟度模型/212
9.2.3案例分析/213
9.3数据/214
9.3.1工业大数据的战略作用/214
9.3.2数据能力域成熟度模型/215
9.3.3案例分析/216
9.4集成/218
9.4.1集成的意义和内容/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工业领域中的信息安全/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网络/224
9.6.1工业网络概述/224
9.6.2网络能力子域成熟度模型/225
9.6.3案例分析/225
9.7装备/227
9.7.1智能制造装备概述/227
9.7.2装备能力域成熟度模型/228
9.7.3案例分析/228
参考文献/229
第10章案例——产品与工艺设计/230
10.1产品设计/230
10.1.1人工智能对产品设计思维的影响与塑造/230
10.1.2产品设计子域成熟度级别要求/231
10.1.3案例分析/233
10.2工艺设计/234
10.2.1智能化的制造工艺/234
10.2.2产品设计与工艺设计协同/235
10.2.3工艺设计子域成熟度级别要求/235
10.2.4案例分析/237
参考文献/240
第11章案例——智能化生产/241
11.1计划与调度/241
11.1.1计划与调度在生产中的作用/241
11.1.2计划与调度能力子域成熟度模型/242
11.1.3案例分析/243
11.2生产作业/244
11.2.1自动化高柔性的自适应生产/244
11.2.2生产作业能力子域成熟度模型/245
11.2.3案例分析/246
11.3设备管理/248
11.3.1预测性维护/248
11.3.2设备管理能力子域成熟度模型/248
11.3.3案例分析/250
11.4安全环保/255
11.4.1智能化为安全和环保带来倍增效应/255
11.4.2安全环保能力子域成熟度模型/255
11.4.3案例分析/256
11.5仓储配送/258
11.5.1供应链中的资源提供者/258
11.5.2仓储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
参考文献/265
第12章案例——智慧供应链与服务/266
12.1采购/266
12.1.1供应链条件下的采购管理/266
12.1.2采购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物流子域成熟度级别要求/271
12.2.3案例分析/272
12.3销售/275
12.3.1销售管理/275
12.3.2销售子域成熟度级别要求/276
12.3.3案例分析/277
12.4客户服务/278
12.4.1客户服务管理/278
12.4.2客户服务成熟度级别要求/279
12.4.3案例分析/279
12.5产品服务/281
12.5.1产品服务系统/281
12.5.2产品服务成熟度级别要求/282
10.5.3案例分析/283
参考文献/284