制造活動是人類進化、生存、生活和生產(chǎn)活動中一個永恒的主題，是人類建立文明的基礎(chǔ)。人類初的制造活動萌芽于原始工具制造，人類文明也因此產(chǎn)生。迄今為止，人類文明的發(fā)展經(jīng)歷了原始文明、農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明等。制造技術(shù)（Manufacturing Technology）正是隨人類的自身生存和生活需求、制造活動實踐和社會生產(chǎn)力進步而產(chǎn)生和發(fā)展的。
從16世紀開始，受文藝復興的影響，歐洲開始發(fā)生科學革命和啟蒙運動，為工業(yè)革命準備了科學原理、知識和方法。17631870年英國發(fā)生了次工業(yè)革命，蒸汽機的發(fā)明使人類社會進入了工業(yè)時代，現(xiàn)代意義上的制造概念和制造業(yè)也隨之誕生。在英語中制造（manufacturing）的詞根是來自拉丁文的manu和facere，分別具有手工的和做的意義。次工業(yè)革命之后，制造的概念是指通過機器進行制作或生產(chǎn)產(chǎn)品，特別是大批量地制作或生產(chǎn)產(chǎn)品。與工業(yè)化進程和產(chǎn)業(yè)革命緊密相聯(lián)，制造業(yè)先后已經(jīng)歷了機械化、電氣化和信息化三個階段，現(xiàn)在正處于第四個階段智能化，人們稱之為四次工業(yè)革命，即工業(yè)1��0、工業(yè)2��0、工業(yè)3��0和工業(yè)4��0。
近年來，制造技術(shù)面臨產(chǎn)品性能指標越來越高，個性化越來越強的要求，以及不斷縮短的交付期、不斷增高的成本、更加嚴苛的環(huán)保壓力和日益復雜的制造系統(tǒng)等挑戰(zhàn)。同時，新一代信息通信技術(shù)和新一代人工智能技術(shù)也在與制造技術(shù)深度融合，給制造業(yè)帶來新的理念、模式、技術(shù)和應(yīng)用，展現(xiàn)出未來制造技術(shù)和制造業(yè)發(fā)展的新前景。為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，先進工業(yè)國家均推出了重要的國家制造發(fā)展戰(zhàn)略，2013年德國推出了《Industrie 4��0》（工業(yè)4��0），2015年中國發(fā)布了制造強國戰(zhàn)略《中國制造2025》，2018年美國發(fā)布了《Strategy for American Leadership in Advanced Manufacturing》（先進制造業(yè)美國領(lǐng)導力戰(zhàn)略）報告，2019年11月德國又正式發(fā)布了《Industriestrategie 2030》（工業(yè)戰(zhàn)略2030），在各個國家的發(fā)展戰(zhàn)略中，不約而同地將智能制造定位為振興工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵，智能制造成為全球工業(yè)界關(guān)注的重點和學術(shù)界研究的前沿熱點。
1989年，美國愛荷華大學教授Andrew Kusiak首次明確提出了智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing System），并將智能制造定義為通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)和機器人控制來對制造技工們的技能與專家知識進行建模，以使智能機器可自主地進行小批量生產(chǎn)。此后，對智能制造的認識不斷發(fā)展，基于對工業(yè)革命與現(xiàn)代制造概念形成及發(fā)展的分析，以及對制造業(yè)和制造技術(shù)發(fā)展永恒目標的認識，通過進一步分析工業(yè)4��0時代的特征，我們對工業(yè)4��0時代的智能制造內(nèi)涵有了進一步的認識，即：智能制造是先進制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)、新一代人工智能等新技術(shù)深度融合形成的新型制造系統(tǒng)和制造技術(shù)，它以產(chǎn)品全生命周期價值鏈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化集成為主線，以企業(yè)內(nèi)部縱向管控集成和企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同集成為支撐，以實際生產(chǎn)系統(tǒng)及其對應(yīng)的各層級數(shù)字孿生映射融合構(gòu)建的賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)CPPS（Cyber Physical Production System，也稱為信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)）為核心，建立起具有動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行功能的智能工廠，進行虛實融合的智能生產(chǎn)，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、綠色、安全的制造和服務(wù)。
本書作為面向智能制造工程、機械工程和制造工程等專業(yè)本科生的智能制造概論教材，旨在以工業(yè)4��0時代對智能制造的新概念、新內(nèi)涵和新特征的認識為基礎(chǔ)，力求全面系統(tǒng)地介紹智能制造發(fā)展歷史、理論基礎(chǔ)、支撐技術(shù)和使能技術(shù)、推進和實施智能制造的原則和步驟等。書中介紹了智能感知、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算和邊緣計算、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實、人工智能和數(shù)字孿生等新一代智能制造支撐技術(shù)；以智能工廠和智能生產(chǎn)為主題，并結(jié)合實際案例，展開討論了橫向集成、縱向集成和端到端集成三大集成技術(shù)，以及動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行4項功能應(yīng)用技術(shù)；后闡述了推進和實施智能制造的基本原則、發(fā)展階段、演進范式、典型模式和具體步驟，探討了制造新形態(tài)和工廠新模式，展望了智能制造的未來。
本書的第1章為概述，概要介紹了制造技術(shù)的發(fā)展歷史，分析了從工業(yè)1��0到工業(yè)4��0不同發(fā)展階段之間制造技術(shù)變遷的特點，提出工業(yè)4��0時代制造業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、綠色、安全的總體目標及其新的內(nèi)涵；介紹了不同階段智能制造的發(fā)展特點和主要工業(yè)發(fā)達國家關(guān)于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略，闡述了現(xiàn)代意義上的制造一詞的定義和智能制造的基本概念，對德國、美國、日本和我國在智能制造發(fā)展方面的特點和優(yōu)勢進行了分析比較；后介紹了本課程的教學目標與主要教學內(nèi)容安排。
第2章為智能制造技術(shù)基礎(chǔ)，在給出智能制造內(nèi)涵定義的基礎(chǔ)上，分析了智能制造的關(guān)鍵特征；從智能設(shè)計、智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能管理和智能服務(wù)五個方面，闡述了智能制造的核心構(gòu)成要素及其基本內(nèi)容；詳細介紹了當前流行的智能制造五種參考架構(gòu)模型，即：工業(yè)4��0參考架構(gòu)模型、基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)的智能制造體系架構(gòu)、智能制造生態(tài)系統(tǒng)模型、工業(yè)價值鏈參考架構(gòu)和智能制造單元、智能制造三鏈模型，分析了各個模型的特點以及相互聯(lián)系。
第3章為新一代智能制造支撐技術(shù)，重點介紹了新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)等支撐新一代智能制造發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。該章從基本概念及工作原理、核心算法或關(guān)鍵技術(shù)以及智能制造的應(yīng)用支撐等方面，重點討論了智能傳感技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和邊緣計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)字孿生。
第4章為智能工廠和智能生產(chǎn)，闡述了從數(shù)字化工廠到智能工廠的發(fā)展過程，總結(jié)了智能工廠的基本特征；從工廠自動化的標準化層級結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了智能工廠的架構(gòu)、賽博物理系統(tǒng)CPS（Cyber Physical System，也稱為信息物理系統(tǒng)）的構(gòu)成；特別是從應(yīng)用使能技術(shù)（包括技術(shù)集成和應(yīng)用功能實現(xiàn)）的角度，討論了在智能工廠中的橫向、縱向和端到端的三大集成的技術(shù)實現(xiàn)，以及在智能生產(chǎn)系統(tǒng)中動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行四項功能應(yīng)用技術(shù)，介紹了多個智能工廠、智能生產(chǎn)具體場景和智能制造過程實現(xiàn)的實例。
第5章為智能制造演進范式與發(fā)展路徑，詳細闡述了推進和實施智能制造的三要三不要基本原則及其具體內(nèi)容，介紹了企業(yè)智能化發(fā)展的計算機化、連接、可視、透明、預測、自適應(yīng)六個階段，智能制造從數(shù)字化制造到網(wǎng)絡(luò)化制造、再到新一代智能制造的三個演進范式，提出了企業(yè)實施智能制造的五個具體步驟，介紹了未來制造的新形態(tài)和未來工廠模式，后展望了智能制造的未來。
作為一本教材，本書在各章前面設(shè)有導讀，以方便讀者了解各章的內(nèi)容主線及其相互關(guān)系，在各章后安排了思考題和習題或思考與討論題，便于教學過程中應(yīng)用。另外，讀者也可根據(jù)書后列出的參考文獻進行拓展閱讀和深入學習。
本書編者在北京航空航天大學從事智能制造、控制工程和先進數(shù)控技術(shù)方面的教學和研究工作多年，自2015年到2019年底，應(yīng)邀在多個國內(nèi)外重要學術(shù)會議和專題論壇上，做有關(guān)智能制造方面的主旨或?qū)ｎ}報告。在教學、科研和學術(shù)交流中的思考和積累為本書的寫作奠定了重要的基礎(chǔ)。2017年編者與丁德宇為主編，符剛、郭源生和劉明雷作為副主編，共計有43位專家參與編寫的《智能制造之路專家智慧 實踐路線》（機械工業(yè)出版社出版）一書出版后，編者即開始考慮撰寫一本面向本科教學的智能制造概論方面的教學參考書，適逢機械工業(yè)出版社組織有關(guān)智能制造的系列教材，于是便有了此書寫作和出版的計劃安排。
本書在撰寫過程中，得到了編者所在單位及同事的指導、支持和幫助。于靖軍教授對本書出版立項給予了大力支持，并一直關(guān)心本書編著、出版的進展情況；編者指導的在讀博士研究生王柳權(quán)、朱三穎、臧辰鑫等參與了部分文獻收集、分析等工作，書中還直接引用了編者指導的已畢業(yè)博士研究生劉煥、皮世威、佟鑫和碩士研究生肖遙等人的相關(guān)論文以及課題研究中的一些成果；2019年編者負責組織開設(shè)了北航機械工程及自動化學院智能制造工程本科專業(yè)的新課程智能制造工程基礎(chǔ)，在教學過程中與鄭聯(lián)語、魏巍、肖文磊、杜福洲等任課教師的交流及研討，也使編者獲益匪淺；責任編輯舒恬為本書的高質(zhì)量出版付出了大量努力和辛勤工作。在此，向給予編者支持幫助的領(lǐng)導、同事、學生和友人等致以深深的謝意！
在本書的撰寫過程中，編者參閱了大量論文、專著以及其他形式的參考資料，在書后的參考文獻中列出，以便于讀者拓展閱讀。在此，特向所有參考文獻的原作者表示衷心的感謝！ 同時，由于參考文獻較多，在書中的參考或引用之處未能一一對應(yīng)標注，敬請原作者和讀者諒解！
雖然在撰寫過程中編者已盡努力以求至善，但受編者業(yè)務(wù)水平和時間的限制，書中不可避免地還存在不足甚至可能是錯誤之處，敬請讀者批評指正！
書稿完成之日，正值又一個教師節(jié)即將到來之際，編者有幸受邀作為從教30周年以上的教師代表參加表彰大會并領(lǐng)獎，臨會有感而發(fā)，賦小詩一首：
三尺講臺天地寬，
燭炬成灰苦亦甘。
卅年滄桑寸心在，
唯念桃李報春還。
抄錄此詩于此，以為逾30年從教生涯之寫照，并與讀者共勉。對于中國制造，路漫漫則修遠，任重更待砥礪前行，愿我們弘揚唯實致真、探奧拓新精神，為制造強國的建設(shè)做出貢獻。