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第1篇 制造信息学的工程背景 3

1 绪论 3

2 制造与信息 9

2.1 制造物质活动 10

2.2 制造信息活动 12

2.3 制造控制活动 14

2.4 制造活动的信息特征和制造信息学 15

参考文献 18

3.1 NC/CNC/DNC技术和工业机器人技术 19

3 制造工程中的信息技术 19

3.2 FMC/FMS技术 20

3.3 CAD/CAPP/CAM/CAE技术 20

3.4 面向制造的设计的信息特点 22

3.5 产品信息交换规范化技术的研究开发及其应用 23

3.6 管理信息系统和数据库 24

3.7 制造资源计划——MRPII 24

3.8 集成制造和制造信息集成 25

3.9 产品数据管理的信息特点 26

3.10 网络化制造的信息特点 27

参考文献 29

4 工程信息论方法用于制造信息研究 30

4.1 工程信息论在机械制造工程中的应用研究 31

4.1.1 产品设计信息的量化 31

4.1.2 工艺设计信息的量化 33

4.2 公理化设计中的信息公理 35

参考文献 36

第2篇 制造信息学的工程科学基础 41

5 制造信息的本质和属性 41

5.1 制造信息的本质 41

5.1.1 制造信息的表述 43

5.1.2 制造信息是物质的基本属性 44

5.1.3 制造信息不等同于意识 44

5.1.4 制造信息难以有统一的量化标准 44

5.1.5 制造信息的支配性作用 44

5.1.6 实现制造信息支配性作用的中间环节 46

5.1.7 制造信息内容的不变与可变性 47

5.1.8 制造信息的产出 48

5.1.9 制造信息的流通和不流通 48

5.1.10 制造信息的可处理、可干扰性和传递递减 49

5.1.11 制造信息的累积和重复 50

5.1.13 制造信息的时效性 51

5.1.12 制造信息的复制和复制递减 51

5.1.14 制造信息的创新 52

5.1.15 信息、结构和组织 52

5.1.16 信息与控制在时间轴上的不对称性 53

5.2 制造信息的属性 53

5.2.1 制造信息的时空属性 53

5.2.2 制造是信息驱动的 54

5.2.3 制造信息是取之不尽的资源 54

5.2.4 制造信息是创造价值的源泉 54

5.2.6 供决策用的制造信息要适量 55

5.2.5 制造信息是制造决策的依据和产出 55

5.2.7 制造信息投入可能不受收益递减原则的约束 56

5.2.8 重要的是制造信息／资本转化机制 56

5.2.9 制造信息使制造企业进化加快 56

5.2.10 制造信息的复杂性 56

5.2.11 制造信息的物化和转化 57

5.2.12 制造信息的预置及其可重构 57

5.2.13 制造技能信息 59

5.3 制造信息的类型 61

参考文献 62

6 制造信息的全面质量管理 64

6.1 制造信息的用途和制造信息的质量 66

6.2 制造信息的质量变量及其评估 69

6.2.1 制造信息本体的质量变量组 70

6.2.2 涉及用户目的和能力的制造信息质量变量 70

6.2.3 涉及信息运作环境的制造信息质量变量 71

6.3 制造决策质量和决策变量的质量 73

6.4 制造信息质量的现状和重要性 74

6.5 制造信息的全面质量管理 76

6.5.1 特点 76

6.5.2 实施步骤 77

6.5.3 准备工作 78

6.6 高质量决策的信息条件 79

6.7 提高制造信息质量是改善企业竞争力的关键 80

参考文献 80

7 制造的信息原理 82

7.1 制造活动、系统与制造信息模型 82

7.2 制造信息和制造信息库 86

7.2.1 制造信息库 86

7.2.2 制造信息本身的特点 87

7.2.3 制造信息库的建立 88

7.2.4 基于语义的制造信息的检索 89

7.3 制造活动的信息性 90

7.2.5 制造信息包的智能化 90

7.4 制造系统的本体和主体二重属性 91

7.5 符号化制造信息的复制守恒性 92

7.5.1 任二SMIS的交集S1 93

7.5.2 任二SMIS的对称差集S2 93

7.5.3 任二SMIS的并集S3 93

7.6 制造信息量的创新增长 94

7.7 高质量制造决策的信息最大／最小性 95

7.8 制造信息的可获取性 98

7.8.1 线性定常动力学系统代数模型的可观测性 98

7.8.2 对象几何模型的可观测性 100

7.8.3 基于效益的制造信息的可获取性 101

7.9 制造信息的有效传递 102

7.10 制造信息的合理取、送 105

7.11 制造信息的转换 106

7.12 制造信息的交互 107

7.13 制造信息的时间不对称性 109

7.13.1 对过去事件作出补救 109

7.13.2 对未来信息作出推断 110

7.14 制造信息的评价 111

7.16.1 动力学系统输出目标信息的他定和自定 112

7.15 制造信息的守恒、不变和过载问题 112

7.16 制造目标信息的他组织和自组织 112

7.16.2 制造目标信息的他组织和自组织 113

参考文献 114

8 制造信息的度量 115

8.1 概率是客观的还是主观的 116

8.1.1 概率的大数定律 116

8.1.2 古典概型 117

8.1.3 几何概率 117

8.1.4 概率的主观观点 118

8.2.1 信息度量的数学表达式 119

8.2 信息论中信息的熵量度量 119

8.2.2 用于信息度量的熵的基本性质 122

8.3 制造信息与信念 124

8.4 信念及其变化的表示 125

8.4.1 信念及其变化的贝叶斯公式表示 126

8.4.2 信念及其变化的自反似然比表示 127

8.5 信念及其变化表示的应用 130

8.5.1 外供配套件质量保证中的信念及其变化 130

8.5.2 生产设备状态预报中的信念及其变化 133

8.6.1 基于贝叶斯公式表示信念的制造信息度量 135

8.6 基于信念及其变化表示的制造信息度量 135

8.6.2 基于自反似然比的表示信念的制造信息度量 137

8.7 基于证据和基于不确定证据的不确定推理的制造信息度量 138

8.7.1 根据证据对假设的支持度量制造信息 138

8.7.2 基于确信因子的制造信息度量 139

8.7.3 基于不确定证据的不确定推理的制造信息度量 139

8.8 讨论 140

参考文献 140

9 制造信息的物化 141

9.1 物化变换的信息特点和要求 142

9.2 物化变换中的信息与控制 144

9.3 物化变换与干扰 145

9.4 物化制造信息的预置和重构 146

9.4.1 预置制造信息的可重复利用方式 148

9.4.2 预置制造信息的形式 148

9.4.3 预置制造信息的可重构性和平均利用率 149

9.4.4 预置制造信息重构后状态正常的可判断性 153

9.5 制造信息模型的预置 155

9.6 物化制造信息的实置 156

9.7 机械加工物化转换中的几何误差补偿 157

9.7.1 问题的提出 157

9.7.2 几何系统误差的表示 158

9.7.3 几何系统误差的补偿 159

9.8 物化制造信息的后置 161

参考文献 162

10 制造信息的自组织 163

10.1 制造目标的确定和组织达标 164

10.2 机械加工精度目标信息的他确定 164

10.3 机械加工精度目标信息的他组织物化达标 165

10.3.1 开环精度目标信息传递 165

10.3.2 闭环精度目标信息传递 167

10.4 机械加工精度目标信息的自确定和自组织物化达标原理 167

10.4.2 机械加工精度目标信息的自组织物化达标原理 168

10.4.1 机械加工精度目标信息的自确定和自组织物化达标 168

10.5 机械加工精度目标信息自组织物化达标原理及其应用 172

10.5.1 基准平板平面目标精度的自组织物化达标 172

10.5.2 精密多齿分度台分度目标精度的自组织物化达标 174

10.6 结论 182

参考文献 182

11 制造信息差 184

11.1 DMI的分类编码 185

11.2 DMI的典型产因 187

11.2.1 在不同环境里，同一对象产生111型DMI的原因 187

11.3 DMI模型的建立 188

11.2.2 在不同和同一环境里，同一对象产生112型DMI的原因 188

11.4 DMI模型的应用 191

11.4.1 用于产品系列性能评估的DMI模型 191

11.4.2 用于产品系列市场表现评估的DMI模型 192

11.5 制造系统中的时、空制造信息差 193

11.5.1 空间制造信息差 193

11.5.2 时间制造信息差 194

11.6 制造信息的时间递减性、流动递减性和复制递减性 194

11.6.1 驻定制造信息的时间递减性 194

11.6.2 流动制造信息的流动递减性 194

11.7 制造系统有效运作的信息条件 195

11.6.3 制造信息的复制递减性 195

11.8 市场上的时、空DMI 196

11.8.1 供、供之间市场竞争中的DMI 198

11.8.2 供、需之间信息不对称时的市场行为 199

11.9 讨论 202

参考文献 202

12 制造系统与信息 204

12.1 制造系统的信息与控制联系模式及其非同构性 204

12.2 制造系统组元间的信控联系方式 206

12.3.1 制造系统的信控“关系” 207

12.3 制造系统信控联系模式的“关系”表述和传递闭包运算应用 207

12.3.2 关系的矩阵表示及其合成运算 208

12.3.3 关系的几个性质 210

12.3.4 关系的闭包运算及传递闭包运算应用 211

12.4 制造系统信控联系建模和评估 213

12.5 制造系统信控关系和联系的合理性评估 215

12.5.1 根据“关系”传递闭包矩阵评估系统信控关系的合理性 215

12.5.2 根据信控联系状态评估系统信控联系的合理性 215

12.6 制造系统信控关系和联系合理性评估的应用 216

12.6.1 案例1 216

12.6.2 案例2 218

12.6.3 案例3 219

12.7 讨论 223

参考文献 223

13 制造技能信息 224

13.1 制造技能和制造技能信息 224

13.2 制造技能系统中的人 225

13.2.1 人的作业特点 226

13.2.2 制造技能作业方式的合理安排 227

13.2.3 制造技能作业必须安全 228

13.2.4 和制造技能有关的一些人体数据 229

13.3 制造技能信息的表述和传递 230

13.4 制造技能传递过程中的学习、演练与实施 233

13.4.1 制造技能传递的学习子过程 234

13.4.2 制造技能传递的演练子过程 235

13.4.3 制造技能传递的实施子过程 235

13.5 制造技能水平的评估 236

13.5.1 制造技能单项技能动作——视动响应水平评估 236

13.5.2 制造技能单项技能动作——单轴阶跃位移响应水平评估 238

13.5.3 制造技能单项技能动作——单轴斜升位移响应水平评估 239

13.5.4 制造技能单项技能动作——双轴位移跟踪响应水平评估 240

13.5.5 制造技能水平的综合评估 241

13.6 典型制造技能 242

13.6.1 单元制造技能 242

13.6.2 复合制造技能 244

13.6.3 合作型制造技能 246

13.7 计算机辅助制造技能 247

13.7.1 信息型CAMS 247

13.7.2 作业型CAMS 250

13.8 有源机具辅助制造技能 250

参考文献 251

14 制造信息的合成 253

14.1 开环、闭环和复合制造决策系统 254

14.2 信念、似然度和未知度 256

14.2.1 元命题和元命题集合 256

14.2.2 命题框架和命题框架元素的基本概率赋值 257

14.2.3 信念、似然度和未知度 258

14.3 信念的合成 259

14.4 组成命题框架元素集合及其基本概率赋值集合的合成 260

14.4.1 无需归一处理的组成命题框架元素集合及其基本概率赋值集合的合成 261

14.4.2 需要归一处理的组成命题框架元素集合及其基本概率赋值集合的合成 262

14.5 闭环制造决策过程中的决策效果信息 262

14.6.1 无需归一处理的合成计算 263

14.6 组成命题框架元素集合及其基本概率赋值集合合成的案例 263

14.6.2 需要归一处理的合成计算 267

14.7 多个信念的合成 269

14.8 基于多种不确定证据的不确定推理的制造信息度量 269

14.9 讨论 270

参考文献 271

第3篇 制造信息学的工程应用 275

15 信息驱动的数字化制造 275

15.1 数字化制造时代和制造信息学 275

15.2 数字化制造的几个信息特点 277

15.3 数字化制造中的几个信息问题 278

15.4 积极推动数字化制造在我国的发展 281

参考文献 282

16 数字化制造是先进制造技术的核心技术 283

16.1 数字化时代、数字化工程、数字化技术、数字化制造技术 284

16.2 制造领域过去20年的回顾 284

16.3 世纪之交制造业面临的挑战 286

16.4 数字化制造技术和制造业的振兴 287

16.5 数字化制造学科的展望 289

参考文献 291

17 网络化制造与制造信息 293

17.1 网络技术的发展和应用 293

17.2 网络化的制造技术 294

17.2.1 商务领域 295

17.2.2 设计领域 296

17.2.3 加工制造领域 296

17.2.4 制造模式 297

17.3 基于网络的车削工艺参数规划实验系统 297

17.4 利用网络促进企业合作 298

17.5 基于网络的分布式工艺装备设计实验系统 300

17.6 基于网络的数控装置远程控制 300

17.7 万维网的分布对象技术及其应用 301

参考文献 302

17.8 讨论 302

18 制造信息学方法在产品创新中的应用 304

18.1 制造信息和制造信息活动 304

18.2 支持产品创新的几个制造信息属性 305

18.3 创新制造信息的分类 306

18.4 将制造活动视为随机活动 307

18.5 制造信息学方法及其在绝对零光栅产品创新中的应用 309

18.5.1 绝对零位指示 309

18.5.2 绝对零位光栅线纹模式的制造信息学方法设计 309

18.5.3 设计结果的有效性证明 311

18.5.4 制造信息学方法设计的绝对零位光栅的指零特性 312

18.6 讨论 313

参考文献 313

19 制造信息学方法辅助制造装备概念设计 315

19.1 装配作业和压力配合插入装配作业 315

19.2 多目标决策表达式和任务的表述框架 317

19.2.1 多目标决策问题的表达式 317

19.2.2 任务的表述框架 318

19.3 基于同一任务表述框架的功能具备和约束具备信息的产生 321

19.4 方案选择的匹配和决策 322

19.5.2 三个可供选择的方案 323

19.5.1 需求FR和CR 323

19.5 匹配和决策方法在概念设计中的应用 323

19.5.3 三个可供选择的方案的表述 324

19.5.4 匹配和决策 326

19.6 样机建造和试验 327

19.6.1 样机建造 327

19.6.2 样机试验 330

19.7 讨论 330

参考文献 330

20.1 制造业界对制造信息的关注 332

20 发挥制造信息效用，提高企业信息能力 332

20.2 根据效用划分制造信息的类型 334

20.2.1 时效和价值 334

20.2.2 效益 334

20.2.3 制造信息又可分为确切和不确切两大类 335

20.3 制造信息的运作方式及其管理 336

20.4 制造信息能力——制造企业发挥制造信息效用的能力 339

20.4.1 风险决策信息量的最大／最小原则 339

20.4.2 制造物化信息需要补充、补偿 340

20.4.3 制造信息的产生 342

20.4.4 制造信息的如实传递 343

20.5 案例研究 344

参考文献 345

20.6 结论 345

第4篇 制造工程科学与制造信息学 349

21 制造工程科学与制造信息学 349

21.1 现代制造工程技术的主要特征 350

21.1.1 高新化 350

21.1.2 数字化 350

21.1.3 信息集成化 351

21.2 迈入21世纪制造工程学科面临的挑战 351

21.3 制造工程科学发展的历史回顾 352

21.4.1 海量制造信息的获取、分析和存储 354

21.4 制造工程科学研究的现状 354

21.4.2 制造原理研究 355

21.4.3 制造信息研究 355

21.4.4 制造系统研究 356

21.4.5 制造人机系统研究 356

21.4.6 制造的人文、社会科学基础研究 356

21.4.7 制造的技术基础研究 357

21.5 制造工程科学与制造信息学 357

参考文献 358

缩略词解释 359