智能制造裝備基礎

第1章　智能制造裝備概述 1
1.1　制造技術的演變發(fā)展 2
1.1.1　工業(yè)1.0 3
1.1.2　工業(yè)2.0 3
1.1.3　工業(yè)3.0 4
1.1.4　工業(yè)4.0 4
1.2　國外智能制造裝備的發(fā)展概況 5
1.2.1　德國 5
1.2.2　美國 6
1.2.3　日本 7
1.2.4　歐盟 8
1.3　我國智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.4　智能制造裝備人才培養(yǎng) 10
1.4.1　人才培養(yǎng)的重要性 10
1.4.2　人才培養(yǎng)的新需求 11
1.4.3　產(chǎn)業(yè)人才職業(yè)規(guī)劃 12
1.4.4　人才培養(yǎng)的新模式 13
1.4.5　人才培養(yǎng)的新目標 14
1.5　智能制造裝備的基本知識 15
1.5.1　智能制造裝備的定義 16
1.5.2　智能制造裝備的特征 16
1.5.3　智能制造裝備的優(yōu)點 18
1.5.4　智能制造裝備的重要性 19
1.6　智能制造關鍵技術裝備 21
1.6.1　高檔數(shù)控機床 21
1.6.2　工業(yè)機器人 21
1.6.3　增材制造裝備 22
1.6.4　智能傳感與控制裝備 22
1.6.5　智能檢測與裝配裝備 23
1.6.6　智能物流與倉儲裝備 23
1.7　智能制造裝備及系統(tǒng)的組成 23
1.7.1　智能制造系統(tǒng)架構 23
1.7.2　智能制造裝備本體的組成 25
1.7.3　智能制造裝備系統(tǒng)的組成 26
習題 26
參考文獻 27
第2章　智能制造裝備關鍵賦能技術 28
2.1　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 30
2.1.1　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念 30
2.1.2　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)參考體系結構 31
2.1.3　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術體系 32
2.1.4　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在智能制造領域的應用 33
2.2　工業(yè)大數(shù)據(jù) 34
2.2.1　工業(yè)大數(shù)據(jù)的概念 35
2.2.2　工業(yè)大數(shù)據(jù)應用架構 37
2.2.3　工業(yè)大數(shù)據(jù)技術架構 39
2.2.4　工業(yè)大數(shù)據(jù)在智能制造領域的應用 41
2.3　云計算 43
2.3.1　云計算的概念 44
2.3.2　云計算產(chǎn)業(yè)體系 46
2.3.3　云計算技術架構 47
2.3.4　云計算在智能制造領域的應用 48
2.4　人工智能 50
2.4.1　人工智能的概念 51
2.4.2　人工智能系統(tǒng)生命周期模型 52
2.4.3　人工智能生態(tài)系統(tǒng)框架 53
2.4.4　人工智能在智能制造領域的應用 54
2.5　數(shù)字孿生 55
2.5.1　數(shù)字孿生的概念 56
2.5.2　數(shù)字孿生系統(tǒng)架構 58
2.5.3　數(shù)字孿生技術架構 60
2.5.4　數(shù)字孿生在智能制造領域的應用 60
2.6　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 65
2.6.1　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念 65
2.6.2　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構 66
2.6.3　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈構成 72
2.6.4　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造領域的應用 73
2.7　工業(yè)元宇宙 74
2.7.1　工業(yè)元宇宙的概念 75
2.7.2　工業(yè)元宇宙技術體系 75
2.7.3　工業(yè)元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈構成 76
2.7.4　工業(yè)元宇宙在智能制造領域的應用 78
習題 80
參考文獻 80
第3章　智能機床結構與功能 82
3.1　高檔數(shù)控機床概述 83
3.1.1　高檔數(shù)控機床的主要特征 83
3.1.2　高檔數(shù)控機床的性能指標 86
3.1.3　高檔數(shù)控機床的發(fā)展歷程 88
3.1.4　高檔數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 92
3.2　數(shù)控機床關鍵技術的發(fā)展演進 93
3.2.1　數(shù)控機床機械結構發(fā)展演進 93
3.2.2　主軸伺服驅動技術發(fā)展演進 94
3.2.3　進給伺服驅動技術發(fā)展演進 98
3.2.4　數(shù)控裝置硬件技術發(fā)展演進 102
3.2.5　多軸聯(lián)動與軌跡插補技術發(fā)展演進 103
3.3　智能機床的概述 104
3.3.1　智能機床的基本概念 104
3.3.2　智能機床的研發(fā)重點 107
3.3.3　智能機床的技術特征 108
3.4　智能機床的演化 109
3.4.1　數(shù)字化 機床 109
3.4.2　互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)控機床 110
3.4.3　新一代人工智能 互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)控機床 112
3.5　智能機床的控制原理 113
3.5.1　自主感知與連接 114
3.5.2　自主學習與建模 114
3.5.3　自主優(yōu)化與決策 114
3.5.4　自主控制與執(zhí)行 115
3.6　智能機床的主要功能 115
3.6.1　質量提升 115
3.6.2　工藝優(yōu)化 116
3.6.3　健康保障 118
3.6.4　生產(chǎn)管理 120
3.7　CIMT2021智能機床案例 120
3.7.1　智能立式加工中心BM8i 121
3.7.2　數(shù)控臥式坐標鏜床TGK4680A 122
3.7.3　馬扎克智能復合加工中心 122
3.7.4　OKUMA的車銑復合機床MULTUSU3000 127
3.8　i5智能機床 130
3.8.1　i5智能機床概述 130
3.8.2　i5智能車床 132
3.8.3　i5智能加工中心 139
3.8.4　i5智能化編程 150
習題 151
參考文獻 152
第4章　機床智能數(shù)控系統(tǒng) 153
4.1　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的簡介 154
4.1.1　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)涵 155
4.1.2　機床數(shù)控系統(tǒng)智能化的主要需求 155
4.1.3　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 156
4.2　機床數(shù)控系統(tǒng)的演變歷程 157
4.2.1　第一代機電控制系統(tǒng) 157
4.2.2　第二代嵌入式系統(tǒng) 158
4.2.3　第三代工控機系統(tǒng) 158
4.2.4　第四代云系統(tǒng) 158
4.3　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的物理平臺框架 159
4.3.1　智能感知元件 159
4.3.2　本地智能控制平臺 160
4.3.3　工業(yè)云平臺 162
4.4　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的控制體系架構 162
4.4.1　加工工藝的智能設計模塊 163
4.4.2　加工狀態(tài)的智能感知與自主建模分析模塊 164
4.4.3　加工過程的智能決策與控制模塊 164
4.4.4　加工知識的自學習與智能優(yōu)化模塊 165
4.5　機床智能數(shù)控系統(tǒng)的關鍵技術 165
4.5.1　人工智能技術 165
4.5.2　數(shù)字孿生技術 167
4.5.3　云服務技術 168
4.6　先進智能數(shù)控系統(tǒng)案例 170
4.6.1　華中9型智能數(shù)控系統(tǒng) 170
4.6.2　沈陽機床i5智能數(shù)控系統(tǒng) 178
4.6.3　德馬吉森精機CELOS智能數(shù)控系統(tǒng) 184
4.6.4　西門子Sinumerik One智能數(shù)控系統(tǒng) 187
4.7　數(shù)控系統(tǒng)云服務平臺 189
4.7.1　華中數(shù)控INC-Cloud 189
4.7.2　沈陽機床iSESOL 193
4.7.3　馬扎克公司iCONNECT 201
4.7.4　發(fā)那科公司FIELD system 202
習題 203
參考文獻 204
第5章　工業(yè)機器人 206
5.1　工業(yè)機器人概述 207
5.1.1　工業(yè)機器人的定義 208
5.1.2　工業(yè)機器人的特點 208
5.1.3　工業(yè)機器人的分類 209
5.1.4　工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 211
5.2　工業(yè)機器人的結構和功能 213
5.2.1　工業(yè)機器人的機械部分 213
5.2.2　工業(yè)機器人的傳感部分 214
5.2.3　工業(yè)機器人的控制部分 214
5.3　工業(yè)機器人的關鍵技術 215
5.3.1　工業(yè)機器人的整機技術 215
5.3.2　工業(yè)機器人的部件技術 216
5.3.3　工業(yè)機器人的集成應用技術 217
5.4　工業(yè)機器人在智能制造中的典型應用 218
5.4.1　焊接機器人 218
5.4.2　搬運機器人 218
5.4.3　加工機器人 218
5.5　工業(yè)機器人的系統(tǒng)集成 220
5.5.1　工業(yè)機器人系統(tǒng)集成的概念 220
5.5.2　工業(yè)機器人系統(tǒng)集成的三個層次 221
5.5.3　工業(yè)機器人系統(tǒng)集成的現(xiàn)狀和未來 221
5.6　工業(yè)機器人未來發(fā)展趨勢 222
習題 223
參考文獻 224
第6章　增材制造技術與裝備 225
6.1　增材制造技術概述 226
6.1.1　增材制造技術的定義 227
6.1.2　增材制造技術的優(yōu)勢 227
6.1.3　增材制造技術的工藝過程 228
6.1.4　增材制造技術的發(fā)展歷程 230
6.2　增材制造技術的類型 232
6.2.1　增材制造技術的工藝類型 232
6.2.2　增材制造技術的材料類型 237
6.2.3　增材制造技術的工藝鏈類型 238
6.2.4　增材制造機床的應用類型 238
6.3　熔融沉積成形機床（FDM） 240
6.3.1　熔融沉積成形機床的工作原理 240
6.3.2　熔融沉積成形機床的裝備簡介 243
6.3.3　熔融沉積成形機床的優(yōu)缺點 246
6.3.4　熔融沉積成形機床的發(fā)展趨勢 247
6.4　立體光固化成形機床（SLA） 248
6.4.1　立體光固化成形機床的工作原理 248
6.4.2　立體光固化成形機床的優(yōu)缺點 249
6.4.3　立體光固化成形機床的裝備簡介 250
6.4.4　立體光固化成形機床的典型應用 252
6.5　激光選區(qū)燒結成形機床（SLS） 254
6.5.1　激光選區(qū)燒結成形機床的工作原理 254
6.5.2　激光選區(qū)燒結成形機床的裝備簡介 255
6.5.3　激光選區(qū)燒結成形機床的優(yōu)缺點 256
6.5.4　激光選區(qū)燒結成形機床的典型應用 257
6.6　激光選區(qū)熔化成形機床（SLM） 258
6.6.1　激光選區(qū)熔化成形機床的成形原理 258
6.6.2　激光選區(qū)熔化成形機床的裝備簡介 259
6.6.3　激光選區(qū)熔化成形機床的優(yōu)缺點 261
6.6.4　激光選區(qū)熔化成形機床的典型應用 261
6.7　我國增材制造技術發(fā)展現(xiàn)狀與方向 263
6.7.1　我國增材制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀 263
6.7.2　我國增材制造技術面臨的挑戰(zhàn) 265
6.7.3　我國增材制造技術的發(fā)展方向 266
6.7.4　我國增材制造技術的發(fā)展思路 267
習題 268
參考文獻 269
第7章　智能傳感器 270
7.1　智能傳感器的概述 271
7.1.1　智能傳感器的概念 271
7.1.2　傳感器技術發(fā)展歷程 272
7.1.3　智能傳感器產(chǎn)業(yè)情況 273
7.2　智能傳感器的結構和功能 274
7.2.1　智能傳感器的結構 274
7.2.2　智能傳感器的功能 275
7.2.3　智能傳感器的典型技術 276
7.3　智能傳感器產(chǎn)品介紹 277
7.3.1　智能傳感器分類及體系架構 277
7.3.2　物理量智能傳感器 278
7.3.3　化學量智能傳感器 282
7.3.4　生物量智能傳感器 283
7.4　智能傳感器的工業(yè)應用與發(fā)展 284
7.4.1　智能傳感器典型應用場景 284
7.4.2　智能傳感器的發(fā)展趨勢 286
7.4.3　我國智能傳感器的發(fā)展建議 287
習題 288
參考文獻 289
第8章　智能工廠 290
8.1　智能工廠的基礎—數(shù)字化工廠 291
8.1.1　數(shù)字化工廠的定義 291
8.1.2　數(shù)字化工廠的構成 292
8.1.3　數(shù)字化工廠的典型案例 293
8.2　智能工廠的內(nèi)涵和基本特征 294
8.2.1　智能工廠的內(nèi)涵 294
8.2.2　智能工廠的基本特征 295
8.2.3　賽博物理系統(tǒng)（CPS） 296
8.3　智能工廠的基本構架 298
8.3.1　智能工廠的功能維 299
8.3.2　智能工廠的結構維 299
8.3.3　智能工廠的范式維 302
8.4　智能工廠的信息化架構 303
8.4.1　現(xiàn)場層 304
8.4.2　管控層 304
8.4.3　企業(yè)層 304
8.4.4　平臺層 305
8.4.5　協(xié)同層 305
8.5　智能工廠案例 305
8.5.1　九江石化智能工廠 305
8.5.2　蘇州勝利精密智能工廠 309
8.5.3　海爾互聯(lián)工廠 313
習題 317
參考文獻 318