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| 內容簡介： |
元宇宙作为物理世界在信息空间的一个映射，既反映了物理世界的客观存在，又能高于客观存在呈现出一个新的世界。元宇宙在第二产业的应用与发展，即工业元宇宙，具有广阔的发展空间和应用需求。本书在介绍了元宇宙和工业元宇宙的基本概念后，围绕适应工业元宇宙的制造新模式——云制造展开讨论，介绍了云制造的基本概念和云制造系统的总体架构，以及制造云服务的接入、虚拟化、服务化、供需匹配和优化调度等方面的技术；此外，以低碳制造为背景介绍了制造云服务平台机制设计方法，并且从工业云平台和数字孪生应用两个角度介绍工业元宇宙的导入案例。
本书可以作为从事智能制造、工业互联网平台、企业管理等相关工作的科研人员、管理人员和高校教师的参考书，也可供智能制造工程、自动化、人工智能、计算机等相关专业的研究生和高年级本科生作为参考之用。
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| 關於作者： |
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陆剑峰，博士，同济大学电子与信息工程学院副教授。主要研究方向为数字孪生、复杂系统建模与仿真、智能工厂和企业应用集成。主持或参与国家 级项目5项、省部级项目10余项，出版专著四部。获国家科技进步二等奖1项、省部级奖励5项。为中国自动化学会专家咨询委员会第四届和第五届委员、上海市自动化学会第九届理事、上海市系统工程学会第六届和第七届理事、上海市电子电器技术协会第十届理事。
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| 目錄：
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第1章 从元宇宙到工业元宇宙 001～028
1.1 元宇宙 002
1.1.1 元宇宙的发展历程 002
1.1.2 元宇宙的定义和体系架构 003
1.1.3 元宇宙：数字技术发展的未来 008
1.2 制造的“元宇宙化” 010
1.2.1 数字化、网络化和智能化 010
1.2.2 制造服务化：从提供“有形”的产品到提供“无形”的服务 018
1.2.3 制造活动从实体世界转向数字世界 021
1.3 工业元宇宙 022
1.3.1 工业元宇宙：数字技术和制造技术发展的交汇点 022
1.3.2 工业元宇宙的特征和系统架构 023
1.3.3 工业元宇宙的主要组成和技术导入 026
参考文献 028
第2章 工业元宇宙中的制造模式——云制造 029～056
2.1 制造模式——基本概念和典型模式 030
2.1.1 工业革命与制造模式 030
2.1.2 单件生产到大批量生产 032
2.1.3 精益生产 035
2.1.4 网络化制造与敏捷制造 040
2.1.5 大规模定制 041
2.2 云制造 044
2.2.1 云制造基本概念 044
2.2.2 制造云服务及其特征 046
2.2.3 制造云服务流程分析 049
2.2.4 从云制造1.0到云制造3.0 052
2.3 云制造与工业元宇宙 054
参考文献 056
第3章 制造云服务的技术基础 057～092
3.1 系统/建模技术 059
3.1.1 信息物理系统 059
3.1.2 数字孪生 061
3.1.3 系统/建模技术与制造云服务 065
3.2 计算技术 066
3.2.1 云计算 066
3.2.2 大数据 069
3.2.3 面向服务的架构 071
3.2.4 语义Web 076
3.2.5 计算技术与制造云服务 081
3.3 网络技术 082
3.3.1 物联网与工业物联网 082
3.3.2 工业互联网 085
3.3.3 工业云与工业互联网平台 087
3.3.4 区块链与非同质化通证 089
3.3.5 网络技术与制造云服务 091
参考文献 092
第4章 云制造系统总体框架和面向制造全生命周期的应用 093～128
4.1 云制造系统总体框架 094
4.1.1 云制造系统的多视图描述 094
4.1.2 云制造系统的概念框架和应用实施总体架构 103
4.2 制造云服务的应用 107
4.2.1 云设计 107
4.2.2 云仿真 111
4.2.3 云工艺 113
4.2.4 云加工 116
4.2.5 云管理 119
4.3 基于云平台的制造生态 121
4.3.1 生态和制造生态 121
4.3.2 云制造生态系统 123
参考文献 127
第5章 制造资源和制造能力的虚拟化与服务化 129～159
5.1 从物理世界到虚拟世界——感知和接入 130
5.1.1 概述 130
5.1.2 制造资源的感知和接入 134
5.2 制造资源和制造能力的虚拟化技术 139
5.2.1 物理世界到信息空间的映射 139
5.2.2 制造资源的虚拟化 141
5.2.3 制造能力的虚拟化 143
5.3 制造资源和制造能力的服务化技术 146
5.3.1 基于SOA的服务化封装 146
5.3.2 基于WS-CDL的服务流程管理 149
第6章 制造云服务供需匹配与优化 160～202
6.1 制造云服务的供需匹配 161
6.1.1 制造云服务的供需匹配一般过程 161
6.1.2 制造云服务的能力匹配 163
6.1.3 制造云服务的服务评价及交易决策 167
6.1.4 云平台上多主体决策 170
6.2 博弈论与机制设计的基本概念 174
6.2.1 经典博弈理论与演化博弈 174
6.2.2 机制设计与合同理论 179
6.3 云平台上的供需交易设计 184
6.3.1 双边匹配 185
6.3.2 拍卖 189
6.4 供需匹配的韧性 197
参考文献 201
第7章 制造云服务资源调度的智能化技术 203～231
7.1 云制造资源调度模型 205
7.1.1 云制造中的资源调度框架 206
7.1.2 调度问题描述 208
7.1.3 调度优化目标 209
7.1.4 数学规划建模 211
7.2 云制造资源的智能化调度算法 214
7.2.1 局部搜索算法 215
7.2.2 进化算法 219
7.2.3 多目标方法 222
7.3 云制造资源的动态调度技术 225
7.3.1 资源动态调度策略 225
7.3.2 动态调度的马尔可夫决策建模 226
7.3.3 基于深度强化学习的资源动态调度技术 229
参考文献 230
第8章 基于制造云平台的低碳制造——博弈与机制设计 232～261
8.1 低碳制造和基于云平台的低碳激励 233
8.1.1 背景 233
8.1.2 基于云平台的低碳合作激励 235
8.2 “供应方-需求方-云平台”低碳演化分析 236
8.3 低碳激励下的契约设计 245
8.3.1 逆向选择与道德风险问题 246
8.3.2 委托代理模型 246
8.3.3 云平台加入后的模型 251
8.4 双向信息不对称下的云平台激励机制设计 253
8.4.1 双向信息不对称 253
8.4.2 信息不对称下的低碳供应链收益分析 254
8.4.3 基于云平台的dAGVA机制设计 256
参考文献 261
第9章 工业元宇宙的实施及应用 262～297
9.1 工业元宇宙的建设过程 263
9.2 iSESOL工业云平台 265
9.2.1 平台总体介绍 265
9.2.2 智能边缘网关设备 267
9.2.3 平台层介绍 269
9.2.4 工业APP介绍 272
9.3 数字孪生应用案例 279
9.3.1 机床行业数字孪生车间案例 279
9.3.2 智慧水厂数字孪生案例 283
9.3.3 绿色园区管理平台应用案例 287
9.3.4 数字孪生快速开发平台FDSim及其应用 291
附录 缩略语表 298～302
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| 內容試閱：
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随着计算机技术的发展，在依托计算机形成的数字空间中，数据、信息、知识、流程越来越多。人类劳动的对象和工具，也越来越多地从物质世界转向了数字世界——通过各种程序来加工各类数据，形成各种信息和结果。而这个数字化结果，能直接或间接地影响我们的日常生活和工业生产。数字空间不仅能满足游戏、娱乐、购物、社交等需求，就连“制造”这一伴随着人类诞生而产生的活动，也受其影响，正在经历从以体力劳动为主转变为以数字空间的脑力劳动为主的过程。当今社会，越来越多的劳动者从事这些以数字对象为主体的脑力劳动。这个趋势让人们越来越强烈地感觉到存在一个和现实世界平行的另一个世界——宇宙。
元宇宙超越了物理世界的时间和空间限制。在元宇宙的作用下，资源配置的时空阻隔效应被打破，供需能实现精准预测和匹配，要素组合效率和生产效率实现飞跃，数字经济效益得到显著提升。在元宇宙中，数据传输、转换、改造和运用的成本低于物理世界，数字技术与实体经济深度融合形成新生态，进而能拓展市场空间。元宇宙虚实相融、场景交互、万物互联的特点，不仅给商业流通和金融应用带来了极大的便利，而且可以成就制造业的智能革新，建成产品设计、生产制造、制造管理和销售及服务一体化的工业元宇宙（Industrial Metaverse）。
工业元宇宙是以XR（Extended Reality，扩展现实，也可以看作是虚拟现实VR、增强现实AR、混合现实MR技术的总称）技术、数字孪生技术为代表的新型信息通信技术与实体工业经济深度融合的工业生态，它通过XR、人工智能、物联网、云计算、区块链和数字孪生等技术实现人、机、物的无缝连接，将数字技术与现实工业结合，促进实体工业高效发展，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，是工业乃至产业数字化、智能化发展的全新阶段。工业元宇宙可以引导制造模式向“共享经济”“范围经济”和“长尾经济”转变，助力制造要素精准匹配，加速产业数字化规模发展，为解决社会信用成本高、交易风险大、不合理竞争等问题提供新方案。
工业元宇宙是制造过程数字化转型的未来，体现了数字化应用“系统→元域→超元域→元宇宙”的融合过程。工业元宇宙可以通过工业互联网技术、数字孪生技术、云制造技术等逐步导入并最终形成。工业互联网和工业云平台技术提供了工业元宇宙底座和交互技术，数字孪生支持工业元宇宙与现实宇宙接口的构建，而云制造则体现了工业元宇宙下的制造模式变革。工业元宇宙下的社会和经济活动有其自身的特点，在元宇宙空间中，制造要素都形成了数字分身，因此可以具有比现实宇宙中更加灵活的组成和运行方式。在工业元宇宙中，制造各要素的组成及其运作规律都会发生变化，制造过程不再是传统制造的“数字化复刻”，而是会以一种全新的方式来使用制造能力，促使物理世界制造资源的高效、绿色化使用。
云制造是一种网络化制造新模式，利用云平台、虚拟化等技术把物理制造资源和制造能力虚拟化、服务化，在工业云平台上构建制造云服务池，通过制造云服务的供需匹配与执行来实现企业之间制造活动的互联与协同，实现“分散资源集中使用、集中资源分散使用”，是一种弹性、灵活、高效的制造模式。云制造可以作为工业元宇宙下的制造新模式。
目前，针对工业互联网或工业元宇宙下的制造模式探讨的图书尚不多见。本书针对云制造这一充分利用数字化、网络化环境特点的制造新模式进行介绍，全书分9章，第1章介绍元宇宙和工业元宇宙的背景，第2章介绍云制造模式，第3章介绍实现制造云服务的相关技术基础，第4章介绍云制造系统的总体框架和面向制造全生命周期的应用，第5章介绍制造资源和制造能力的接入、虚拟化和服务化方法，第6章介绍制造云服务的供需匹配与优化方法，第7章介绍制造云服务资源调度的智能化技术，第8章以低碳制造为例，介绍基于云平台的机制设计问题，第9章从工业云平台、数字孪生应用两个角度，介绍工业元宇宙的导入案例。
本书由同济大学电子与信息工程学院陆剑峰副教授，同济大学兼职教授、上海电力大学自动化工程学院张浩教授，同济大学机械与能源工程学院余春龙助理教授，同济大学电子与信息工程学院赵荣泳长聘副教授共同撰写完成。课题组指导的同济大学电子与信息工程学院、机械与能源工程学院的部分研究生参与了相关技术研究、资料收集和整理工作：2024年毕业的吴伟博士、韩调娟博士和高文韬硕士提供了书稿的部分章节内容；在读博士研究生宋佳霖（2023级）和吴昊（2024级），在读硕士研究生林俊杰（2022级）、李一诗（2022级）、张开宇（2022级）、茅建鹏（2023级）、王增恒（2023级）、朱鹏择（2023级）和陈伯箫（2024级）等同学在资料汇总和书稿整理方面做了较多工作。
本书的研究工作得到了国家自然科学基金面上项目“信息不对称下云制造服务供需匹配机制与优化策略”（编号：72171173）、国家自然科学基金青年科学基金项目“面向3D打印平行机的精确调度算法与动态调整机制研究”（编号：72301196）的支持；本书的撰写工作也得到了智能云科信息科技有限公司、迅济智能科技（上海）有限公司等单位领导及专家的支持和帮助。本书的出版获得了化学工业出版社的大力支持，编辑在图书出版过程中给予了细致的指导。此外，在撰写本书的过程中，还参考和引用了国内外有关资料。在此一并表示诚挚的谢意！
由于时间及作者水平有限，书中难免存在一些缺点和不足之处，敬请读者批评指正。
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