智能制造15讲

——本书各位作者均系各自领域具有丰富实践经验的专家，他们从不同的视角对智能制造做出了精彩的阐释。
——本书内容既有通观全局的鸟瞰，也有细致入微的观察。因此，无论您是判断行业大势，还是从事具体的研究工作，相信都能从中得到启示。

工业领域历经四次革命。目前我们正处在生产方式由大规模、标准化生产向小批量、定制化生产转变的过程中。智能制造是实现这一变革的必然选择。本书用15讲的篇幅，来介绍智能制造在汽车、航空、特高压、机器人等领域的实践应用。本书各位作者均系各自领域具有丰富实践经验的专家，他们从不同的视角对智能制造做出了精彩的阐释。
本书适合工业领域从业人员、研究者阅读，也可作为工业领域管理者了解行业现状、判断行业趋势的参考用书。

李东红 康英楠

前 言
第1讲 制造业发展历程回溯 / 1
一、制造业的历史变迁 / 1
二、制造业面临的新挑战与工业4.0的出现 / 7
三、工业互联网 / 16
四、自动化的前世与今生 / 17
第2讲 智能制造的技术与经济可行性 / 21
一、从创新实践的困惑讲起 / 21
二、从技术原理到成功 / 23
三、智能化的经济与社会意义 / 26
四、互联网时代的经济规律 / 28
五、智能化的原理 / 30
六、互联网与智能化 / 32
七、工业大数据与智能化 / 34
八、智能制造与转型升级 / 38
九、智能制造与管理 / 40
第3讲 IIoT、AI、大数据推动制造过程向智能化演变 / 43
一、制造过程的演变 / 43
二、智能制造的企业形态 / 47
三、工业5.0 / 48
四、传统的智能与数据智能 / 48
五、商业智能 / 50
六、工业物联网和人工智能对智能制造的价值 / 50
七、工业互联网与工业物联网 / 54
八、企业的数据分享 / 55
九、纯数据驱动的技术实现设备故障预警与预测性维护 / 56
第4讲 智能制造时代的新精益 / 59
一、微利时代的精益之道与精益的核心思想 / 59
二、应对时代变化的精益管理 / 63
三、智能时代的精益核心问题：系统性思维 / 65
四、新精益人才的培养 / 65
第5讲 信息化架构、组织管理和人才助力智能制造转型 / 67
一、知识与建模 / 67
二、从价值链到价值流 / 76
三、信息化：从业务到 IT 的贯通 / 82
四、看大做小：一场持之以恒的修行 / 92
第6讲 智能制造与系统创新方法论 / 96
一、系统的概念、要素、结构与功能 / 97
二、创新的概念、创新思维与创新方法 / 101
三、发明问题解决理论（TRIZ）的妙用 / 109
四、技术系统发展曲线与技术系统进化法则 / 114
第7讲 智能搬运与制造 / 121
一、从“制造”到“智造” / 121
二、智能制造领域常用移动机器人简介 / 128
三、典型应用案例 / 136
四、展望 / 144
第8讲 汽车领域的制造之美 / 147
一、智能制造的定义 / 147
二、智能制造的网络和架构 / 149
三、智能制造的二十大应用场景与六大模块 / 152
四、智能企业需要实现的目标及如何实现 / 154
五、智能研发过程的仿真与工艺数字化 / 156
六、建设数字化生产线 / 157
第9讲 航空领域的制造之美 / 159
一、未来航空制造业 / 160
二、航空智能制造转型 / 165
三、航空工业转型实践 / 180
第10讲 特高压领域的制造之美 / 186
一、电力系统智能化历程：从智能电网到能源互联网 / 187
二、智能电网的巅峰：特高压技术 / 192
三、未来能源网络骨干：直流电网 / 197
四、未来电网的核心单元：电力电子器件 / 201
五、电网的末端神经：能源信息传感芯片 / 205
第11讲 智能制造与机器人 / 211
一、行业的理解 / 211
二、智能制造详解 / 224
三、国内有代表性的企业在智能制造领域的实践 / 227
四、工业机器人智能化的新进展 / 236
第12讲 工业智能与工业互联网 / 240
一、工业智能在做什么 / 241
二、对工业互联网的不同解读 / 254
三、关于平台商的生态建设 / 258
四、工业智能与智能制造 / 260
第13讲 视觉感知如何赋能供应链 / 263
一、概述：现状、痛点与发展需求 / 263
二、感知控制质量：质量检验 / 269
三、感知支持交接：数量管理 / 274
四、感知支持优化：空间优化 / 279
五、总结与展望 / 288
第14讲 智能制造之利器/新工具——激光 / 290
一、激光技术背景介绍 / 290
二、激光产业背景介绍 / 294
三、激光在智能制造中的应用 / 297
四、激光的未来发展 / 310
第15讲 结束语：拥抱智能制造 / 316
一、智能制造的时代潮流 / 316
二、智能制造的战略地位 / 322
三、我们的历史责任 / 325

近年来，清华大学扎实推进教学改革，研究生教育不断迈上新台阶。通过推进“让学术更学术、让专业更专业”的研究生分类培养，改进选拔录取机制，加强全过程质量管理，优化专业学位培养模式，加大学科交叉人才培养，营造更适合研究生成长发展的环境氛围，不断提高高层次人才培养质量。2017年，清华大学先从电机系和电子系这两个系开始试点，全部工学硕士转为工程硕士，增加实践相关的课程。通过清华大学研究生院的引荐，根据院系的具体需求，我们参与开设了《智能制造》《能源互联网创新创业》《创新心理与创新思维》等相关研究生课程，参与授课内容和授课嘉宾的遴选。同时，在与经管学院的多次交流沟通中，了解到MBA学生有在实体经济就业的，也有在金融领域服务于实体的，同样需要这方面的行业实践，因而也在MBA开设了智能制造课。
工业领域历经四次革命，我们正处在由大规模、标准化向小批量、定制化的变革过程中。用户需求的变化，倒逼工业企业既要迎合用户需求，又要保证自己能持续发展，因而降本、增效、保质始终是工业企业生产管理的不二法门。在面临自增长和战略转型的双重压力之下，工业企业都在做什么？近百年又出现哪些新技术、新材料、新方法可以造福工业领域？如何有效地利用大数据、人工智能、云计算、物联网等新一代数字技术服务好工业？因此，我们邀请了在工业细分领域有着较丰富实践经验的校友或专家，到课堂上来给学生们分享他们所在领域（汽车、航空、半导体、特高压、机器人等）对新技术、新材料和新方法（大数据、工业智能、系统创新等）的实践应用。
毕竟课程时间有限，电机系和电子系的课程相对学时较长，可以有针对性地深度讲授和探讨；而经管学院的1学分课程相对注重广度，每年选择5个细分领域，这些细分领域会根据学生们和负责老师的反馈进行调整。结课考核则是由学生们自行组成5人一组，针对自选的行业或企业，探讨“智能制造条件下中国制造业面临的管理挑战和解决之道”，每人负责演示内容的四分之一，演示时讲解自己负责制作的那部分内容。学生们往年所选行业有：半导体、家电、电网、矿山、制衣供应链等。
此书就是基于这些年来这些课程内容的汇总和提炼。记得杨斌老师前不久有篇“从心慢”的文章提到慢食、慢旅、慢创作、慢成长、慢人生、慢的关系、慢的感情、慢教授：“学术终究是比慢的，慢教授的慢，‘是要去沉思、贯通、磨砺和探究复杂的意义。研究需要多少时间就用多少时间，自然而然，瓜熟蒂落，而非催熟’，学术工作的本质是一种同向同行的追求，而不该是一场你赢我输的竞争。慢教授，也希望慢下来的每一天里，能够有更多的时间精力给教学、给学生，给自由无拘的师生交流、同事分享，给各种天马行空的畅想论辩与各种可能可行的切磋琢磨。慢教授的悉心慢育，才能够影响着下一代，出落多一些不沉迷于高分攻略、愿意听从内心深处召唤、守住自驱热望的学生，没那么功利的慢学生。”工业也是需要时间的“慢”领域，慢工出细活，唯有瓜熟蒂落的慢，才能衡、恒和远。我们希望通过这些课程让更多选择互联网、金融领域的人才也能青睐瓜熟蒂落地慢工业，而原本就在实体经济里的学子们更加坚定使命感的驱使去实现自己的实业梦想。
《道德经》曰: “知不知，上；不知知，病”。意思是:知道自己有所不知，这很好；不知道自己无知，是缺陷。只有敢于承认有缺陷而后补足缺陷，才能进步。我们深知自己尚有许多不足，故而针对本书中的不足深表歉意，也欢迎读者为本书提出宝贵意见。求知的道路意味着永恒的疲倦以及偶尔的惊喜，我们欣然受之。