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當(dāng)前，制造業(yè)正面臨著巨大的轉(zhuǎn)型壓力，形成了勞動(dòng)力成本迅速攀升、產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)激烈的態(tài)勢(shì)，迫使制造企業(yè)從低成本競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)向差異化競(jìng)爭(zhēng)。在個(gè)性化定制智能生產(chǎn)模式下，產(chǎn)品的類型與批量多變、交付周期驟減、質(zhì)量與成本約束導(dǎo)致生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和運(yùn)行面臨新的挑戰(zhàn)。信息物理融合制造系統(tǒng)是信息物理系統(tǒng)在制造系統(tǒng)中的映射，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的融合，在計(jì)算、通信和控制的基礎(chǔ)上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同制造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，并通過(guò)自動(dòng)化和智能化的管理實(shí)現(xiàn)個(gè)性化產(chǎn)品的預(yù)測(cè)性制造，以滿足個(gè)性化產(chǎn)品制造對(duì)效率、成本、質(zhì)量的綜合要求，也是我國(guó)占領(lǐng)未來(lái)制造業(yè)高地的關(guān)鍵所在。
目前，信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建及其研究大多局限于概念層次。智能生產(chǎn)線是信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)核心之一，對(duì)它的研究大多僅限于信息物理有限融合及實(shí)現(xiàn)，難以在生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管控和優(yōu)化中發(fā)揮系統(tǒng)化理論、方法與技術(shù)層面的支撐作用，使得信息物理融合制造系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè)、運(yùn)行管控難以滿足個(gè)性化產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。本書通過(guò)研究個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的信息物理融合系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建模、模型綜合計(jì)算與優(yōu)化、系統(tǒng)驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)，建立面向個(gè)性化產(chǎn)品定制智能生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和管控方法，對(duì)提升我國(guó)混線生產(chǎn)能力，具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
本書第1章介紹生產(chǎn)模式與制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，以工業(yè)4.0參考架構(gòu)為基礎(chǔ)，闡述信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)是個(gè)性化定制生產(chǎn)的關(guān)鍵這一觀點(diǎn)。第2章介紹個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與運(yùn)行架構(gòu)，從生產(chǎn)線的生命周期出發(fā)，提出設(shè)計(jì)需求與運(yùn)行需求，并以此提出基于組件與模型的設(shè)計(jì)運(yùn)行統(tǒng)一框架；還介紹了項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的智能生產(chǎn)線物理原型系統(tǒng)，為后續(xù)章節(jié)的技術(shù)提供相關(guān)的驗(yàn)證對(duì)象。第3章介紹信息物理融合組件的設(shè)計(jì)方法，以及多粒度多視角的組件建模方法，并以產(chǎn)品、工藝、資源為例，基于AutomationML標(biāo)準(zhǔn)定義了多粒度、多視角的組件。第4章介紹個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的形式化方法，提出一種基于工廠形式化建模語(yǔ)言的形式化建模方法；以“產(chǎn)品–工藝–資源”概念為中心，提出不同層次中生產(chǎn)線的模型仿真與驗(yàn)證方法，并基于實(shí)例介紹離散事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件形式化模型的功能驗(yàn)證和性能仿真，以證明所提方法的可用性。第5章介紹個(gè)性化定制生產(chǎn)模式下設(shè)備控制系統(tǒng)的形式化技術(shù)，包括設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及運(yùn)行過(guò)程描述，提出設(shè)備資源控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)的形式化建模方法，通過(guò)具體的PID計(jì)算過(guò)程對(duì)應(yīng)的功能塊網(wǎng)絡(luò)程序?qū)嵗�，�?yàn)證所提形式化建模方法和工具的有效性和開(kāi)發(fā)模型的可信度。在完成生產(chǎn)線系統(tǒng)不同層級(jí)組件建模的情況下，第6章介紹個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)工具，著重介紹建模工具和仿真工具的實(shí)現(xiàn)，包含快速開(kāi)發(fā)所需要的建模和模型轉(zhuǎn)換工具，以及以模型為仿真對(duì)象的虛擬調(diào)試技術(shù)，最后介紹相關(guān)的工具集成實(shí)現(xiàn)技術(shù)。第7章介紹以中間件理念為基礎(chǔ)的即插即生產(chǎn)信息物理融合框架，并闡述中間件與軟硬件的交互技術(shù)；詳細(xì)介紹中間件與資源交互的資源適配器和與產(chǎn)品交互的產(chǎn)品適配器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，并論述中間件和軟件交互的軟件適配器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，為個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的即插即生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)保障。第8章介紹面向個(gè)性化產(chǎn)品定制的可重構(gòu)車間調(diào)度理論，首先對(duì)資源重構(gòu)與調(diào)度進(jìn)行關(guān)系分析和框架介紹，引入本體語(yǔ)義技術(shù)，提出知識(shí)驅(qū)動(dòng)的資源重構(gòu)機(jī)制和基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的自適應(yīng)調(diào)度方法，用于支撐生產(chǎn)異常情況下個(gè)性化產(chǎn)品的自適應(yīng)生產(chǎn)調(diào)度。第9章針對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)重構(gòu)在生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)面臨的實(shí)時(shí)性和可靠性的挑戰(zhàn)，從設(shè)備控制系統(tǒng)領(lǐng)域模型的設(shè)計(jì)、可重構(gòu)運(yùn)動(dòng)內(nèi)核環(huán)境的實(shí)現(xiàn)、自適應(yīng)重構(gòu)機(jī)制的構(gòu)建三個(gè)方面闡述設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)如何適應(yīng)個(gè)性化產(chǎn)品定制對(duì)資源重構(gòu)的嚴(yán)苛要求�；�于IEC 61499國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我們開(kāi)發(fā)了適應(yīng)于動(dòng)態(tài)資源重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核，證明了所提運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可重構(gòu)方法的有效性。第10章介紹智能生產(chǎn)線的運(yùn)行管控實(shí)施技術(shù)，包括如何構(gòu)建車間的私有云架構(gòu)，如何采用云原生技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向個(gè)性化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、管控運(yùn)行的微服務(wù)架構(gòu)，并以華南理工大學(xué)個(gè)性化定制智能生產(chǎn)線的運(yùn)行為例，驗(yàn)證了本書中即插即生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的可行性。
本書由李迪教授、唐浩博士、周楠博士和王忠鋒研究員合著，華南理工大學(xué)研究生王戈、姚俠楠、張柳、羅子仁、楊澤霖等為本書實(shí)例整理和編寫提供了支持和幫助。全書由李迪審校。
本書是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和智能工廠”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目（2018YFB1700500）的研究成果總結(jié)，在此特向科學(xué)技術(shù)部表示衷心的感謝。
本書的編寫不僅集成了作者對(duì)信息物理融合制造系統(tǒng)、智能生產(chǎn)線、個(gè)性化定制生產(chǎn)長(zhǎng)期的關(guān)注、研究和思考，還參考了國(guó)內(nèi)外一些研究學(xué)者的思想觀點(diǎn)，在此謹(jǐn)向他們表示感謝。同時(shí)，特別感謝華南理工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、東北大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)、海南大學(xué)、廣州中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所分所、武漢華創(chuàng)動(dòng)力智能科技有限公司等單位在本書收集資料過(guò)程中給予的大力支持和幫助。
由于作者水平有限，書中難免存在疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

作者
2021年12月22日