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復雜重型裝備網絡化協同制造 版權信息
- ISBN：9787030736734
- 條形碼：9787030736734 ; 978-7-03-073673-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
復雜重型裝備網絡化協同制造 本書特色
本書為復雜產品制造行業提供了指導，提高了產品的研發效率、制造水平，為重型裝備行業提供了向數字化、智能化轉型的方向。
復雜重型裝備網絡化協同制造 內容簡介
本書以復雜產品為案例，分析了目前在設計、制造、運維等過程中存在的問題，研究了如何基于網絡化協同平臺提高產品的研發和制造效率，提升運維水平。本書從五個方面進行介紹，分別為：網絡協同制造平臺的發展模式、研發模式、制造模式、服務模式以及運營和管理模式。采用平臺協同開展復雜重型裝備制造模式是提升復雜重型裝備的重要途徑，這不僅可以極大地提高我國的重型裝備制造技術，而且極大地提高了我國在重型裝備行業的國際競爭力。本書為復雜產品制造行業提供了指導，提高了產品的研發效率、制造水平，為重型裝備行業提供了向數字化、智能化轉型的方向。
復雜重型裝備網絡化協同制造 目錄
目錄
**篇 復雜重型裝備網絡協同制造平臺發展模式
第1章 新技術推動的復雜重型裝備制造變革 3
1.1 新時代制造環境變化 3
1.2 復雜重型裝備行業簡介 8
1.3 復雜重型裝備網絡協同制造平臺需求分析 12
1.4 新型制造模式—網絡協同制造平臺 16
1.5 本章小結 19
參考文獻 20
第2章 支持復雜重型裝備個性化定制的網絡協同平臺制造模式 22
2.1 制造模式的演進 22
2.2 訂單驅動的復雜重型裝備網絡協同平臺制造模式 29
2.3 模型驅動的復雜重型裝備設計/制造/運維一體化運營 43
2.4 本章小結 54
參考文獻 55
第3章 復雜重型裝備網絡協同平臺的演化運行機制 57
3.1 平臺生命周期演化階段 57
3.2 平臺盈利模式的演進與治理 61
3.3 平臺演化系統動力學模型構建 64
3.4 本章小結 68
參考文獻 69
第4章 基于創新生態系統的復雜重型裝備產業聯盟協同創新機制 70
4.1 基于網絡協同平臺的復雜重型裝備產業聯盟構建 70
4.2 復雜重型裝備產業聯盟協同創新模式 73
4.3 復雜重型裝備產業聯盟生態系統治理機制 78
4.4 本章小結 84
參考文獻 85
第二篇 復雜重型裝備網絡協同制造平臺研發模式
第5章 基于平臺的個性化定制與異地跨組織的產品研發 89
5.1 復雜重型裝備的個性化定制 89
5.2 異地、跨組織的協同研發模式 91
5.3 復雜重型裝備異地、跨組織協同設計模式 100
5.4 本章小結 104
參考文獻 104
第6章 基于網絡協同平臺的知識共享機制 105
6.1 復雜重型裝備設計研發過程中的知識增值和加工 105
6.2 面向流程的知識工程方法 108
6.3 基于區塊鏈的數據加密技術 118
6.4 知識的保護、共享和激勵機制 128
6.5 本章小結 137
參考文獻 137
第7章 基于用戶參與研發的平臺價值共創 139
7.1 傳統研發模式及用戶需求分析 140
7.2 用戶參與研發的動因分析及參與方式 142
7.3 產品研發階段的價值創造模型 147
7.4 本章小結 151
參考文獻 151
第三篇 工藝驅動的復雜重型裝備網絡協同制造模式
第8章 工藝驅動復雜重型裝備生產 155
8.1 復雜重型裝備工藝驅動相關概念 155
8.2 基于網絡協同平臺的工藝管理 158
8.3 本章小結 162
參考文獻 162
第9章 基于網絡協同平臺的復雜重型裝備制造協同 163
9.1 裝備生產進度協同 163
9.2 裝備生產質量協同 179
9.3 區塊鏈保障下的數據協同 182
9.4 本章小結 187
參考文獻 187
第10章 基于協同平臺的設備安裝、調試和運輸 189
10.1 基于虛擬/增強現實技術的設備安裝 189
10.2 設備調試與技術驗收 194
10.3 復雜重型裝備運輸 195
10.4 本章小結 200
參考文獻 200
第11章 工業4.0背景下的復雜重型裝備智能制造 201
11.1 復雜重型裝備智能制造相關概念 201
11.2 復雜重型裝備智能制造實現路徑 205
11.3 案例分析 208
11.4 本章小結 212
參考文獻 212
第四篇 需求驅動的復雜重型裝備網絡協同服務模式
第12章 基于平臺的復雜重型裝備網絡協同服務模式 215
12.1 需求交互過程中的用戶非結構化需求 215
12.2 基于平臺的設備用戶需求結構化分析 219
12.3 基于平臺的用戶服務需求挖掘 227
12.4 平臺協同服務總體模式 231
12.5 本章小結 240
參考文獻 240
第13章 復雜重型裝備網絡協同服務中的價值發現 242
13.1 基于SCP的平臺價值發現 242
13.2 平臺服務價值鏈 247
13.3 平臺增值服務系統動力學仿真 256
13.4 本章小結 263
參考文獻 263
第14章 復雜重型裝備網絡協同平臺運維服務 264
14.1 復雜重型裝備網絡協同運維服務模式 264
14.2 考慮不完美信息的遠程運維診斷決策問題 275
14.3 運維服務之基于機器視覺的產品質量檢測案例 293
14.4 本章小結 300
參考文獻 300
第五篇 數據驅動的復雜重型裝備網絡協同制造平臺運營管理模式
第15章 網絡協同制造平臺管理與運營問題分析 305
15.1 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營概述 305
15.2 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營模式 311
15.3 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營分析 323
15.4 本章小結 333
參考文獻 333
第16章 考慮稀缺服務與質量損失云制造服務組合問題 335
16.1 問題描述 336
16.2 DA-PESA2算法 340
16.3 數值試驗 342
16.4 本章小結 347
參考文獻 348
第17章 復雜重型裝備定制企業網絡協同制造利益分配 349
17.1 演化博弈模型基本假設與構建 349
17.2 網絡協同制造聯盟演化博弈模型構建 352
17.3 網絡協同制造仿真分析 358
17.4 本章小結 367
參考文獻 367
第18章 復雜重型裝備網絡協同制造平臺治理規則 369
18.1 基于數據庫的網絡協同平臺可拓展認證管理體系 369
18.2 利益相關者行為管理模塊 380
18.3 網絡協同制造平臺用戶“跳單”行為研究 383
18.4 本章小結 395
參考文獻 396
**篇 復雜重型裝備網絡協同制造平臺發展模式
第1章 新技術推動的復雜重型裝備制造變革 3
1.1 新時代制造環境變化 3
1.2 復雜重型裝備行業簡介 8
1.3 復雜重型裝備網絡協同制造平臺需求分析 12
1.4 新型制造模式—網絡協同制造平臺 16
1.5 本章小結 19
參考文獻 20
第2章 支持復雜重型裝備個性化定制的網絡協同平臺制造模式 22
2.1 制造模式的演進 22
2.2 訂單驅動的復雜重型裝備網絡協同平臺制造模式 29
2.3 模型驅動的復雜重型裝備設計/制造/運維一體化運營 43
2.4 本章小結 54
參考文獻 55
第3章 復雜重型裝備網絡協同平臺的演化運行機制 57
3.1 平臺生命周期演化階段 57
3.2 平臺盈利模式的演進與治理 61
3.3 平臺演化系統動力學模型構建 64
3.4 本章小結 68
參考文獻 69
第4章 基于創新生態系統的復雜重型裝備產業聯盟協同創新機制 70
4.1 基于網絡協同平臺的復雜重型裝備產業聯盟構建 70
4.2 復雜重型裝備產業聯盟協同創新模式 73
4.3 復雜重型裝備產業聯盟生態系統治理機制 78
4.4 本章小結 84
參考文獻 85
第二篇 復雜重型裝備網絡協同制造平臺研發模式
第5章 基于平臺的個性化定制與異地跨組織的產品研發 89
5.1 復雜重型裝備的個性化定制 89
5.2 異地、跨組織的協同研發模式 91
5.3 復雜重型裝備異地、跨組織協同設計模式 100
5.4 本章小結 104
參考文獻 104
第6章 基于網絡協同平臺的知識共享機制 105
6.1 復雜重型裝備設計研發過程中的知識增值和加工 105
6.2 面向流程的知識工程方法 108
6.3 基于區塊鏈的數據加密技術 118
6.4 知識的保護、共享和激勵機制 128
6.5 本章小結 137
參考文獻 137
第7章 基于用戶參與研發的平臺價值共創 139
7.1 傳統研發模式及用戶需求分析 140
7.2 用戶參與研發的動因分析及參與方式 142
7.3 產品研發階段的價值創造模型 147
7.4 本章小結 151
參考文獻 151
第三篇 工藝驅動的復雜重型裝備網絡協同制造模式
第8章 工藝驅動復雜重型裝備生產 155
8.1 復雜重型裝備工藝驅動相關概念 155
8.2 基于網絡協同平臺的工藝管理 158
8.3 本章小結 162
參考文獻 162
第9章 基于網絡協同平臺的復雜重型裝備制造協同 163
9.1 裝備生產進度協同 163
9.2 裝備生產質量協同 179
9.3 區塊鏈保障下的數據協同 182
9.4 本章小結 187
參考文獻 187
第10章 基于協同平臺的設備安裝、調試和運輸 189
10.1 基于虛擬/增強現實技術的設備安裝 189
10.2 設備調試與技術驗收 194
10.3 復雜重型裝備運輸 195
10.4 本章小結 200
參考文獻 200
第11章 工業4.0背景下的復雜重型裝備智能制造 201
11.1 復雜重型裝備智能制造相關概念 201
11.2 復雜重型裝備智能制造實現路徑 205
11.3 案例分析 208
11.4 本章小結 212
參考文獻 212
第四篇 需求驅動的復雜重型裝備網絡協同服務模式
第12章 基于平臺的復雜重型裝備網絡協同服務模式 215
12.1 需求交互過程中的用戶非結構化需求 215
12.2 基于平臺的設備用戶需求結構化分析 219
12.3 基于平臺的用戶服務需求挖掘 227
12.4 平臺協同服務總體模式 231
12.5 本章小結 240
參考文獻 240
第13章 復雜重型裝備網絡協同服務中的價值發現 242
13.1 基于SCP的平臺價值發現 242
13.2 平臺服務價值鏈 247
13.3 平臺增值服務系統動力學仿真 256
13.4 本章小結 263
參考文獻 263
第14章 復雜重型裝備網絡協同平臺運維服務 264
14.1 復雜重型裝備網絡協同運維服務模式 264
14.2 考慮不完美信息的遠程運維診斷決策問題 275
14.3 運維服務之基于機器視覺的產品質量檢測案例 293
14.4 本章小結 300
參考文獻 300
第五篇 數據驅動的復雜重型裝備網絡協同制造平臺運營管理模式
第15章 網絡協同制造平臺管理與運營問題分析 305
15.1 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營概述 305
15.2 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營模式 311
15.3 復雜重型裝備網絡協同制造平臺管理與運營分析 323
15.4 本章小結 333
參考文獻 333
第16章 考慮稀缺服務與質量損失云制造服務組合問題 335
16.1 問題描述 336
16.2 DA-PESA2算法 340
16.3 數值試驗 342
16.4 本章小結 347
參考文獻 348
第17章 復雜重型裝備定制企業網絡協同制造利益分配 349
17.1 演化博弈模型基本假設與構建 349
17.2 網絡協同制造聯盟演化博弈模型構建 352
17.3 網絡協同制造仿真分析 358
17.4 本章小結 367
參考文獻 367
第18章 復雜重型裝備網絡協同制造平臺治理規則 369
18.1 基于數據庫的網絡協同平臺可拓展認證管理體系 369
18.2 利益相關者行為管理模塊 380
18.3 網絡協同制造平臺用戶“跳單”行為研究 383
18.4 本章小結 395
參考文獻 396
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復雜重型裝備網絡化協同制造 節選
**篇 復雜重型裝備網絡協同制造平臺發展模式 第1章 新技術推動的復雜重型裝備制造變革 近年來我國重型裝備制造業發展迅速，已經成為世界裝備大國，但與發達國家相比，我國在產品的生產制造工藝、產品自主開發理論和方法以及產品結構方面，還缺乏一定的創新能力。復雜重型裝備是國之重器，產品研發制造周期、制造質量和運行水平決定著國家經濟建設和國防發展。當前，新一代移動信息技術、5G、智能制造、工業物聯網、數字化、智能化制造技術在提升產品創新速度和提高產品品質方面得到了廣泛應用。在此背景下，生產力是決定一切的關鍵因素，而復雜重型設備作為國之重器又是此次大變革的重要推動力，采用平臺協同開展復雜重型裝備制造模式是提升我國復雜重型裝備協同研發水平的重要途徑。 1.1 新時代制造環境變化 相比第三次工業革命，第四次工業革命是一個產業整合的過程，因為新的ICT（information communications technology，信息通信技術）能夠整合新的和經典的工業生產過程。當前企業面臨著復雜的生產實踐，從引入新的信息物理系統（cyber-physical system，CPS）和智能工廠技術發展到調整或替換核心企業架構、ICT基礎設施和流程。傳統工業生態系統向工業4.0過渡，不僅需要新的ICT，還需要在組織內部和組織間開發新的商業模式。 1.1.1 工業4.0的興起 工業4.0象征著第四次工業革命，即生產系統互聯互通、工業生態廣泛整合、人工智能深度融合的開始[1]。工業4.0的主要目標涉及橫向集成、縱向集成和端到端集成三種集成方式的運用[2]，這意味著需要在企業架構、ICT集成和流程方面進行變革[3]。工業4.0代表了當前制造業自動化技術的發展趨勢，包括CPS、物聯網和云計算等主要使能技術[4]。在工業4.0中，嵌入式系統、深度學習、強化學習、語義機器對機器通信、數字孿生、區塊鏈和CPS技術正在將虛擬空間與物理世界相結合。此外，智能工廠等新一代工業系統正在興起，以應對網絡物理環境中生產的復雜性。在這場新的ICT驅動的技術演進中，嵌入式系統、物聯網、CPS、工業集成和工業信息集成發揮著重要作用。 工業4.0的定義因學科而異。在工程、管理、控制和數據科學等學科中，工業4.0側重于技術進步、組織設計、運營管理發展和市場轉型[5， 6]。從管理學的角度，工業4.0是指將物聯網技術整合到工業價值創造中，使制造商能夠利用完全數字化、互聯、智能和去中心化的價值鏈，為企業競爭力提供更大的靈活性和穩健性，并使他們能夠建立靈活和適應性強的業務結構進而促進內部進化發展，以應對不斷變化的商業環境[7]。從運營管理的角度，工業4.0是技術、組織概念和管理原則的完整體現，是經濟高效、響應迅速、有彈性和可持續的數字化網絡化的基礎，通過快速重新安排和重新分配其組成部分，在動態和結構上適應供需環境的變化與能力[8]。 工業4.0已經成為一種很有前途的技術框架，用于在組織內部和組織間層面集成與擴展制造流程。工業4.0的發展和技術進步將為企業日益增長的信息化轉型需求提供一套切實可行的解決方案。相比于傳統的自動化框架，工業4.0更注重端到端的數字化與數字產業生態系統的融合，并尋找一個完整的一體化解決方案。物聯網已經完全顛覆了現有的生產體系，并被視為未來先進制造業工業4.0的主要驅動力[9]。值得注意的是，物聯網可以創建虛擬網絡以支持工業4.0中的智能工廠[10]，這將大大提高生產部門的生產效率。現在，工業4.0將重塑工業組織的企業架構，利用現有的ICT基礎設施和業務流程，并根據需要創建工業4.0的CPS功能。在當前的產業整合過程中，CPS的出現代表了從現有商業和市場模式的范式轉變，革命性的新應用、服務和價值鏈將會出現。工業4.0的到來以及復雜工業生態系統的深刻變化，需要采用新的架構和新的業務流程，以幫助工業組織適應現有的企業架構、支持轉型的ICT基礎設施、流程和關系。 對于工業4.0，學術界涌現的大量的新概念、新技術都涉及新型制造模式，但各有側重。這些新概念、新技術從第三次工業革命中的靈活和可重構的制造系統與精益制造衍生而來，并向由物聯網、大數據、電動汽車、增材制造、云計算、人工智能和網絡構建的生產環境演變。例如，“云制造”這個概念將云計算的關鍵特征從ICT轉移到工業領域，描述了制造能力在云中封裝和服務的模型[11]。Cyber關注虛擬的網絡空間，通常指來自互連系統的數據被處理后輔助運營決策[10]。社交和智慧城市關注通過社交網絡直接與消費者互動的機會[12]以滿足消費者的需求。數字化轉型和工業互聯網一般強調對戰略與商業模式創新的影響[13]。增材制造、先進機器人技術、人工智能、自動駕駛車、區塊鏈、物聯網等技術可用于解決工業4.0時代的物流問題[6]。另外，運籌學、工業工程和控制科學在工業4.0環境被廣泛用于車間控制[14]、產線設計[15]、區塊鏈智能合約設計[16]和彈性供應鏈。運營管理也是工業4.0的基本要素之一，制造過程高度透明和數字技術成熟的公司能夠更靈活、更靈敏地對中斷做出反應。這清楚地表明并強調了工業4.0趨勢和云制造、先進運營管理和CPS映射的重要性[17]。 在工業4.0環境中，集成、整合和協調是現有生產系統的重點。工廠間的界限會逐漸消失，不同行業和不同地理區域的工廠將相互連接或整合。*有可能的是，企業將擁有一些可以繼續使用的現有遺留系統，同時，它會在運營中添加一組新的應用程序。為了解決新應用程序和現有應用程序的集成問題，一種被稱為企業應用程序集成[18]的ICT解決方案可以應用。該系統采用不同的方法、在不同的平臺上創建，旨在連接當前和新的系統流程，提供靈活便捷的流程集成機制。 雖然工業4.0概念已經廣為人知，并且在工業領域產生了深刻的影響，但是工業4.0依然面臨從工程到技術領域的廣泛挑戰。 （1）對于大量中小型制造型企業而言，現有的ICT基礎設施尚未完全準備好支持工業4.0要求的數字化轉型[2， 19]。 （2）隨著越來越多的物理對象連接到制造網絡，制造網絡需要更廣泛、高速的大量交易數據和信息，出現了可擴展性問題。 （3）為了分析物聯網應用和現有ICT系統產生的大量數據，應開發和使用數據科學與數據分析技術。構建集成來自大量異構源的大數據的實際應用程序可能是一項具有挑戰性的任務。 （4）隨著物理世界和虛擬空間的融合，工業4.0生態系統中的安全問題將變得越來越重要[20]。工業4.0對信息安全和隱私保護的要求越來越高。現有技術可用于保護組織信息安全，但對于具有自己的安全規則和要求的工業應用來說，可能還遠遠不夠。 1.1.2 智能制造的發展 智能制造是一種新興的生產形式，它結合了以物聯網、云計算、面向服務的計算、人工智能和數據科學為首的CPS的概念，將當今和未來的生產資料與傳感器、計算平臺、通信技術、數據密集型建模、控制、模擬和預測工程相結合。智能制造利用網絡物理系統、物聯網、云計算、面向服務的計算、人工智能和數據科學的概念，提高生產效率、產品質量和服務水平。目前，智能制造已經引起了工業界、政府和學術界的關注，已經形成了各種聯盟和討論組來開發架構、路線圖、標準與研究議程。 20世紀80年代以來，人們使用不同的術語來描述自動化制造，從柔性制造單元到柔性制造系統再到計算機集成制造直到智能制造。大約在同一時間，日本開始研究智能制造，并于1995年建立了智能制造系統計劃以支持工業研究。同時，來自日本、美國、韓國和歐洲國家的主要公司已就智能制造展開合作。近年來，德國啟動了工業4.0計劃，該計劃的名稱指的是第四次工業革命。在這場變革中，德國專注于廠商的基礎技術，如智能傳感、無線傳感器網絡以及CPS。美國通用電氣公司引入了工業物聯網的概念。工業物聯網的三大組成部分是智能設備、智能系統和智能決策[21]。2015年，中國國務院公布了一項提升國家制造能力的十年計劃，以趕上德國和美國等生產強國。中國工業和信息化部牽頭制定了“中國制造2025”倡議[22]。中國政府還制定了若干支持制造業轉型的戰略計劃。在智能制造的某些特定領域，如高端數控機床、工業機器人、智能儀器和增材制造領域，中國做出了重大貢獻，并初步建立了智能制造標準體系。此外，云制造作為智能制造新形態的首次嘗試，*早在中國提出[23]。其成果已被許多學術著作廣泛引用和應用。 智能制造是一種以新模式、新形式、新方法為基礎的，將傳統制造系統轉變為智能制造系統的新一代生產體系。智能制造系統通過互聯互通使用面向服務的架構，為終端用戶提供協作、可定制、靈活和可重構的服務，這是一種高度集成的人機協同系統，目的是在智能制造系統中構建與生產相關的各個生產要素，使組織、管理、技術三個層次實現無縫對接。人工智能通過提供學習、推理和行動等典型特征，在智能制造系統中發揮著重要作用。通過使用人工智能技術，可以*大限度地減少人的參與[24]。隨著技術研發的不斷深入，自主感知、智能互聯、智能學習分析、智能決策等都將成為可能。 目前還沒有一個公認的關于智能制造的定義。美國國家標準和技術研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）表示，智能制造是一個完全集成的協同生產體系，能夠滿足工廠、供應網絡和顧客的需要并根據不斷變化的情況進行實時響應。智能制造的本質體現在五個方面，即新制造技術、制造大數據、可持續性、基于CPS的互聯互通和資源共享[25]。傳感器的部署、無線技術的發展和數據分析的進步都引發了對智能制造大數據分析的關注，這些數據來自材料特性、工藝參數、過程參數，以及客戶和供應商的各種來源，是保存和提煉與制造相關的經驗及新知識的*佳資源。可持續性在智能制造領域至關重要，當產品和流程的開發以可持續性標準為指導時，就可以實現*大的可持續性收益。可持續性不是關于制造什么，而是關于如何執行。它是為再制造、翻新和再利用與制造提供平等地位的主要力量。由于可持續性，制造和服務之間的界限將保持模糊。在智能制造的背景下，CPS可看作一種機制，通過CPS，物理對象和軟件緊密交織在一起，使不同的組件能夠以多種方式相互交互以交換信息[26]。隨著制造業越來越數字化和虛擬化，許多創意和決策活動將在數字空間中進行。制造業已經采用服務和合同模式，生產在第三方運營的設施中進行。共享資源模式已經取得成功，智能制造可能會受益于這些概念，以共享制造設備、軟件、專業知識，尤其是協作建模和創意空間。運輸也可能成為智能制造不可或缺的一部分，由于制造的分布式特性，材料、組件、產品和人員的運輸很可能成為生產中的一項重要成本項目。與制造資源類似，人力資源可能會被大量共享。運輸材料、組件的效率，產品和人員將影響制造成本。顧客服務的質量與庫存水平、制造響應時間和運輸狀況密切相關
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