前言

制造业长久以来一直是全球经济增长、繁荣及科技创新的核心驱动力。改革开放以来，我国的工业迅速发展，制造业规模持续壮大，使我国赢得了“世界工厂”的美誉。新时代新征程，以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，实现新型工业化是关键任务。近年来随着大数据成为新型生产要素，数据科学作为生产的新工具，全球的制造业正在迅速构筑新质生产力。这一力量正引领着战略性新兴产业和未来产业的发展，推动着工业领域的制造模式和服务模式不断创新，促进了新业态和新模式的涌现。产业创新能力是推进新型工业化的根本动力。因此加速发展和应用新一代数字技术，是我国制造业捕捉新一轮科技革命和产业变革机遇的关键。

新一代的全球制造业竞争，不只是技术层面的竞争，也是创新精神的竞争、企业文化的竞争、管理模式的竞争、行业生态的竞争。特别是在大数据环境下，管理决策正从关注传统流程向以数据为中心转变，管理决策中各参与方的角色和相关信息流向更趋于多元并具有交互特征，这使得新型管理决策范式在信息情境、决策主体、理念假设、方法流程上都发生了深刻变化。

数字工厂是制造型企业管理的新范式，是信息技术、产业技术和管理技术的深度叠加和融合。企业的数字化转型是一个复杂的过程，必然会经历相当长时间的优化和改进过程，因此从一开始就有必要结合企业当前自身的实际情况，制定合适的长期战略。回顾从第一次工业革命到第四次工业革命的发生、发展过程，我们不难发现，每一次工业革命均从具有代表性的创新技术推动工业体系的结构性变化开始，进而产生一场深刻的社会变革。无论企业处于数字化进程的哪个阶段，以面向需求的设计思维，从业务模式、业务流程和工作方法3个角度系统化地进行体系讨论和设计，都是必要的思维模式，也是将技术、人才和业务三要素紧密结合的有效方法。

笔者有近20年的制造业数字化技术研发和应用项目管理的实践经验，履职离散工业、流程工业多个头部企业，作为数字化领队人，参与了很多制造业同行的数字化技术交流和企业问题诊断工作。大量的实践、观察与思考让我深刻体会和理解了国内制造业企业管理难、制造业数字化转型落地难。

制造业数字化落地难，难在“当局者迷”，具体表现为在制造业中有两个常见的典型现象，一个是“工厂离不开老师傅”，一个是“小问题是大顽疾”。前者说的是企业内部积累了大量的高水平经验知识，这些知识没有被固化下来，随着老师傅的离开会流失，这种现象产生的本质原因是企业一直在由大量内隐知识编织的自适应状态中运行，但无法有效地对其进行挖掘、评估和再优化。后者说的是企业管理“旋转门”怪圈，管理者挨个去优化显而易见的问题，却总是顾此失彼，而且即使投资了成本高昂的信息技术，企业经营基本面仍没有质的提升，产生这种现象的本质原因是企业面临的很多问题是系统性问题，要求管理者有跨时空的全局观和推演能力，而企业没有找到恰当的工具来弥补人在这方面的短板。

新一代的制造业管理迫切需要一种新范式工具，帮助制造业管理者和员工破解以上困局。数字工厂的出现对制造业的意义就是针对“当局者迷”的破局。数字工厂的作用是在企业日益升级的规划和运营场景中，为不同岗位的管理者提供能够与物理世界进行交互的模型，帮助人们快速认知真实环境中有什么、正在发生什么、未来可能会发生什么，从而预测可能出现的问题并制定相应的措施。

企业长期依赖个人经验，是因为每个企业都有自己的微观特性，特性化的问题无法通过书本上的通用知识进行诊断和解决，而是需要员工长年累月地通过工作积累实践经验并通过事实反馈不断修正和迭代经验。这种长期经验的形成，本质上是一种归纳式的推理，和大数据分析属于同一科学范式，但企业通过个人实践经验来训练经验模型时间长、成本高。企业存在“久治不愈的顽疾”，是因为企业本身就是一个系统，系统存在结构性问题，就要求管理人员有全局视角和系统性思维才能解决。

数字工厂作为信息化的工具，核心作用是提升整个企业管理体系的洞察力，降低对个人经验的依赖程度，避免看问题一叶障目。形象一点地说，数字工厂就像是在规划和运营阶段开启了全局视角，为管理者增加了一个新的感官维度，重新观察、审视企业面临的问题。近些年CAD、CAE、CAM、过程仿真等数字技术的工程化和应用普及，以及大数据分析、机器学习、运筹学等数据科学技术的快速发展，推动了第四范式、数字孪生等新概念的兴起，提升了数字工厂模型的技术内涵。这些新技术的注入，是对数字工厂体系的增强和赋能，但其作用本质上还是进一步提升人的洞察力。

本书延续了我2019年在人民邮电出版社出版的专著《流程工业数字工厂技术与应用管理》的部分内容，同时与时俱进，拓宽了技术视角，将更多篇幅聚焦在仿真和数据科学等新技术理论与实践应用上，展示新一代数字工厂技术的适用场景和经济价值。希望本书能穿透技术的神秘外壳，帮助读者理解和把握新一代基于数据科学的数字工厂技术的现状和发展态势。对于把数字化转型作为下一阶段目标的企业家和管理者，希望本书可以使你在规划企业转型路线图时有更清晰的目标和抓手；对于在数字智能时代有志于投身制造业的学生，希望本书可以帮你找到更明确的方向规划自己的学习任务和职业路线。

三一重机大数据所有一群高水平的数据科学人才，包含在算法建模、数据开发、软件工程方面实战经验丰富的资深工程师。三一集团有限公司的企业文化和价值观为这群人提供了宝贵的创新绿洲，使这支队伍数年不被打扰，心无旁骛地进行艰苦而快乐的探索，最终他们实现了制造业数字化转型的若干创新突破，为开展创新研发工作的同行们留下了宝贵的经验财富。本书由多位工程师参与创作完成，是集体智慧的结晶，他们是齐绪强、李亚文、吴昊、周驷华、张潇、朱奕、张勇翔、王磊、田俊、孙宇、李家钊、杨华权、晏小静、陶政、牛寒松、王秀、丁琦、张代浩、刘伟波、王字鑫、吕陆琴、闫雍磊、吴瑞、王蕊、陈玉祥、钱文龙、王青波、杨金菊、谌伟民、龚伦、李曹杰、潘信、黄昊、朱佩雯、蔡敏男、王华健。

由于笔者水平所限，书中难免存在疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

向致力于中华崛起的民族企业家致敬！向正在新型工业化道路上前进的同行致敬！

卢阳光

2023年7月于江苏昆山