智能制造裝備基礎(chǔ)

第1章　智能制造裝備概述 1
1.1　制造技術(shù)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(guó)外智能制造裝備的發(fā)展概況 5
1.2.1　德國(guó) 5
1.2.2　美國(guó) 6
1.2.3　日本 7
1.2.4　歐盟 8
1.3　我國(guó)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(biāo) 14
1.5　智能制造裝備的基本知識(shí) 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(diǎn) 18
1.5.4　智能制造裝備的重要性 19
1.6　智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備 21
1.6.1　高檔數(shù)控機(jī)床 21
1.6.2　工業(yè)機(jī)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(cè)與裝配裝備 23
1.6.6　智能物流與倉(cāng)儲(chǔ)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(gòu) 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(xí)題 26
參考文獻(xiàn) 27
第2章　智能制造裝備關(guān)鍵賦能技術(shù) 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(jié)構(gòu) 31
2.1.3　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 32
2.1.4　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)用架構(gòu) 37
2.2.3　工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu) 39
2.2.4　工業(yè)大數(shù)據(jù)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用 41
2.3　云計(jì)算 43
2.3.1　云計(jì)算的概念 44
2.3.2　云計(jì)算產(chǎn)業(yè)體系 46
2.3.3　云計(jì)算技術(shù)架構(gòu) 47
2.3.4　云計(jì)算在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)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(gòu) 58
2.5.3　數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu) 60
2.5.4　數(shù)字孿生在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)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(gòu) 66
2.6.3　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成 72
2.6.4　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)體系 75
2.7.3　工業(yè)元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成 76
2.7.4　工業(yè)元宇宙在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用 78
習(xí)題 80
參考文獻(xiàn) 80
第3章　智能機(jī)床結(jié)構(gòu)與功能 82
3.1　高檔數(shù)控機(jī)床概述 83
3.1.1　高檔數(shù)控機(jī)床的主要特征 83
3.1.2　高檔數(shù)控機(jī)床的性能指標(biāo) 86
3.1.3　高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程 88
3.1.4　高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 92
3.2　數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展演進(jìn) 93
3.2.1　數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)展演進(jìn) 93
3.2.2　主軸伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展演進(jìn) 94
3.2.3　進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展演進(jìn) 98
3.2.4　數(shù)控裝置硬件技術(shù)發(fā)展演進(jìn) 102
3.2.5　多軸聯(lián)動(dòng)與軌跡插補(bǔ)技術(shù)發(fā)展演進(jìn) 103
3.3　智能機(jī)床的概述 104
3.3.1　智能機(jī)床的基本概念 104
3.3.2　智能機(jī)床的研發(fā)重點(diǎn) 107
3.3.3　智能機(jī)床的技術(shù)特征 108
3.4　智能機(jī)床的演化 109
3.4.1　數(shù)字化 機(jī)床 109
3.4.2　互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)控機(jī)床 110
3.4.3　新一代人工智能 互聯(lián)網(wǎng) 數(shù)控機(jī)床 112
3.5　智能機(jī)床的控制原理 113
3.5.1　自主感知與連接 114
3.5.2　自主學(xué)習(xí)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(jī)床的主要功能 115
3.6.1　質(zhì)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(jī)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(biāo)鏜床TGK4680A 122
3.7.3　馬扎克智能復(fù)合加工中心 122
3.7.4　OKUMA的車銑復(fù)合機(jī)床MULTUSU3000 127
3.8　i5智能機(jī)床 130
3.8.1　i5智能機(jī)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(xí)題 151
參考文獻(xiàn) 152
第4章　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng) 153
4.1　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 154
4.1.1　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)涵 155
4.1.2　機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)智能化的主要需求 155
4.1.3　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 156
4.2　機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的演變歷程 157
4.2.1　第一代機(jī)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(jī)系統(tǒng) 158
4.2.4　第四代云系統(tǒng) 158
4.3　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的物理平臺(tái)框架 159
4.3.1　智能感知元件 159
4.3.2　本地智能控制平臺(tái) 160
4.3.3　工業(yè)云平臺(tái) 162
4.4　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的控制體系架構(gòu) 162
4.4.1　加工工藝的智能設(shè)計(jì)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(guò)程的智能決策與控制模塊 164
4.4.4　加工知識(shí)的自學(xué)習(xí)與智能優(yōu)化模塊 165
4.5　機(jī)床智能數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 165
4.5.1　人工智能技術(shù) 165
4.5.2　數(shù)字孿生技術(shù) 167
4.5.3　云服務(wù)技術(shù) 168
4.6　先進(jìn)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(yáng)機(jī)床i5智能數(shù)控系統(tǒng) 178
4.6.3　德馬吉森精機(jī)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(wù)平臺(tái) 189
4.7.1　華中數(shù)控INC-Cloud 189
4.7.2　沈陽(yáng)機(jī)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(xí)題 203
參考文獻(xiàn) 204
第5章　工業(yè)機(jī)器人 206
5.1　工業(yè)機(jī)器人概述 207
5.1.1　工業(yè)機(jī)器人的定義 208
5.1.2　工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) 208
5.1.3　工業(yè)機(jī)器人的分類 209
5.1.4　工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 211
5.2　工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能 213
5.2.1　工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械部分 213
5.2.2　工業(yè)機(jī)器人的傳感部分 214
5.2.3　工業(yè)機(jī)器人的控制部分 214
5.3　工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 215
5.3.1　工業(yè)機(jī)器人的整機(jī)技術(shù) 215
5.3.2　工業(yè)機(jī)器人的部件技術(shù) 216
5.3.3　工業(yè)機(jī)器人的集成應(yīng)用技術(shù) 217
5.4　工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的典型應(yīng)用 218
5.4.1　焊接機(jī)器人 218
5.4.2　搬運(yùn)機(jī)器人 218
5.4.3　加工機(jī)器人 218
5.5　工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)集成 220
5.5.1　工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成的概念 220
5.5.2　工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成的三個(gè)層次 221
5.5.3　工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成的現(xiàn)狀和未來(lái) 221
5.6　工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 222
習(xí)題 223
參考文獻(xiàn) 224
第6章　增材制造技術(shù)與裝備 225
6.1　增材制造技術(shù)概述 226
6.1.1　增材制造技術(shù)的定義 227
6.1.2　增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì) 227
6.1.3　增材制造技術(shù)的工藝過(guò)程 228
6.1.4　增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程 230
6.2　增材制造技術(shù)的類型 232
6.2.1　增材制造技術(shù)的工藝類型 232
6.2.2　增材制造技術(shù)的材料類型 237
6.2.3　增材制造技術(shù)的工藝鏈類型 238
6.2.4　增材制造機(jī)床的應(yīng)用類型 238
6.3　熔融沉積成形機(jī)床（FDM） 240
6.3.1　熔融沉積成形機(jī)床的工作原理 240
6.3.2　熔融沉積成形機(jī)床的裝備簡(jiǎn)介 243
6.3.3　熔融沉積成形機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn) 246
6.3.4　熔融沉積成形機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 247
6.4　立體光固化成形機(jī)床（SLA） 248
6.4.1　立體光固化成形機(jī)床的工作原理 248
6.4.2　立體光固化成形機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn) 249
6.4.3　立體光固化成形機(jī)床的裝備簡(jiǎn)介 250
6.4.4　立體光固化成形機(jī)床的典型應(yīng)用 252
6.5　激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)床（SLS） 254
6.5.1　激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)床的工作原理 254
6.5.2　激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)床的裝備簡(jiǎn)介 255
6.5.3　激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn) 256
6.5.4　激光選區(qū)燒結(jié)成形機(jī)床的典型應(yīng)用 257
6.6　激光選區(qū)熔化成形機(jī)床（SLM） 258
6.6.1　激光選區(qū)熔化成形機(jī)床的成形原理 258
6.6.2　激光選區(qū)熔化成形機(jī)床的裝備簡(jiǎn)介 259
6.6.3　激光選區(qū)熔化成形機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn) 261
6.6.4　激光選區(qū)熔化成形機(jī)床的典型應(yīng)用 261
6.7　我國(guó)增材制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向 263
6.7.1　我國(guó)增材制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 263
6.7.2　我國(guó)增材制造技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 265
6.7.3　我國(guó)增材制造技術(shù)的發(fā)展方向 266
6.7.4　我國(guó)增材制造技術(shù)的發(fā)展思路 267
習(xí)題 268
參考文獻(xiàn) 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(shù)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(jié)構(gòu)和功能 274
7.2.1　智能傳感器的結(jié)構(gòu) 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(shù) 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(gòu) 277
7.3.2　物理量智能傳感器 278
7.3.3　化學(xué)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(yīng)用與發(fā)展 284
7.4.1　智能傳感器典型應(yīng)用場(chǎng)景 284
7.4.2　智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 286
7.4.3　我國(guó)智能傳感器的發(fā)展建議 287
習(xí)題 288
參考文獻(xiàn) 289
第8章　智能工廠 290
8.1　智能工廠的基礎(chǔ)—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(gòu)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(gòu)架 298
8.3.1　智能工廠的功能維 299
8.3.2　智能工廠的結(jié)構(gòu)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(gòu) 303
8.4.1　現(xiàn)場(chǎng)層 304
8.4.2　管控層 304
8.4.3　企業(yè)層 304
8.4.4　平臺(tái)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(xí)題 317
參考文獻(xiàn) 318