本書共8章，講述了智能制造裝備的基礎知識以及系統(tǒng)組成；介紹了智能制造裝備的關鍵智能賦能技術，包括工業(yè)物聯(lián)網、工業(yè)大數據、云計算、人工智能、數字孿生、工業(yè)互聯(lián)網、工業(yè)元宇宙等新興先進技術；對智能機床、智能數控系統(tǒng)、工業(yè)機器人、增材制造機床等典型智能制造關鍵技術裝備進行了闡述；對應用智能制造裝備的智能工廠進行了介紹。
本書聚焦數控裝備及其關鍵應用，并就數控自動編程、數控機床聯(lián)網等技術進行介紹。全書內容包括：智能制造裝備概論、智能機床及其智能加工、典型智能數控車削機床--i5智能數控車床、工業(yè)機器人、增材制造裝備、智能工廠。本書特點如下：
（1）內容完整，編排合理。知識體系完整，覆蓋掌握一門技能所需知識。
（2）突出實用的特點。內容以實際操作和應用為主，理論為輔，突出實用特點，與實際生產過程充分結合，注重動手操作能力的培養(yǎng)。
（3）豐富內容表達形式。采用圖形化表達方式，基礎知識能用表格的用表格化處理。這種形式易看、易懂，便于學習和掌握。
制造業(yè)是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。而智能制造裝備是實現智能制造的核心載體，它是具有感知、決策、執(zhí)行功能的各類制造裝備的統(tǒng)稱，是先進制造技術、信息技術以及人工智能技術在制造裝備上的集成和深度融合，是實現高效、高品質、節(jié)能環(huán)保和安全可靠生產的新一代制造裝備。智能制造裝備作為智能制造產業(yè)的重要組成部分，能夠顯著提高生產效率和產品的制造精度，是制造業(yè)轉型升級的重點發(fā)展方向。本書將近年來國內外國際機床展會舞臺上出現的先進概念、先進設備、先進技術引入課本，推陳出新，以幫助讀者學習和探索前沿技術的應用和發(fā)展。
為貫徹落實“十四五”規(guī)劃，工信部、國家發(fā)改委等8個部門正式印發(fā)了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，以加快推動智能制造發(fā)展，智能制造成為國家級的重點發(fā)展產業(yè)。智能制造工程專業(yè)是順應“中國制造2025”“兩化融合”國家戰(zhàn)略及“新工科”建設，由教育部審批而設立的新專業(yè)，以培養(yǎng)“跨專業(yè)、高融合、強創(chuàng)造”的高素質智能制造工程技術人才。制造業(yè)轉型升級、智能制造“落地”的關鍵是培養(yǎng)大批高素質應用型技術人才，因此要求相關教育及配套設施必須跟上。鑒于此，由高等院校智能制造工程專業(yè)應用型人才教材建設委員會、化學工業(yè)出版社共同組織，啟動了“高等院校智能制造應用型人才培養(yǎng)系列教材”建設項目�！吨悄苤圃煅b備基礎》是“高等院校智能制造應用型人才培養(yǎng)系列教材”建設項目之一。該項目面向智能制造相關專業(yè)，目標是打造適合培養(yǎng)智能制造工程應用型人才的教材體系，以培養(yǎng)適應智能制造發(fā)展需求的應用型人才。
本書由北京石油化工學院羅學科、北方工業(yè)大學王莉、北方工業(yè)大學劉瑛編寫。全書共8章。第1章介紹了智能制造裝備的定義、特征、重要性、分類、發(fā)展現狀以及系統(tǒng)組成。第2章主要介紹工業(yè)物聯(lián)網、工業(yè)大數據、云計算、人工智能、數字孿生、工業(yè)互聯(lián)網、工業(yè)元宇宙等智能制造裝備的關鍵智能賦能技術，這些新興先進技術是使裝備本體具有自感知、自適應、自診斷、自決策、自學習、自執(zhí)行等智能特征的關鍵途徑。第3章從高檔數控機床的基礎知識和關鍵技術發(fā)展引入，主要介紹智能機床的基礎知識、技術演化、控制原理、主要功能以及最新典型案例。第4章主要介紹機床智能數控系統(tǒng)的基礎知識、技術演變發(fā)展、物理平臺框架、控制體系架構、關鍵技術、先進案例以及數控系統(tǒng)云服務平臺典型案例。第5章主要介紹工業(yè)機器人的基礎知識、結構和功能、關鍵技術、典型應用及系統(tǒng)集成。第6章主要介紹增材制造技術的基礎知識，重點介紹熔融沉積成形機床、立體光固化成形機床、激光選區(qū)燒結成形機床、激光選區(qū)熔化成形機床等典型增材制造機床知識。第7章主要介紹智能傳感器的基礎知識、智能傳感器的結構和功能、智能傳感器產品分類、智能傳感器的應用與發(fā)展。第8章從數字化工廠引入，主要介紹智能工廠的內涵和基本特征、智能工廠的基本構架、智能工廠的典型案例等。
本書配有課件，同時提供了各章習題答案，可掃描下方二維碼獲取相關電子資源。
由于作者學術水平所限，同時智能制造的發(fā)展也是日新月異，書中難免有不足之處，敬請各位專家學者批評指正。
編著者
2023年4月
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 30
2.1.1 工業(yè)物聯(lián)網的概念 30
2.1.2 工業(yè)物聯(lián)網參考體系結構 31
2.1.3 工業(yè)物聯(lián)網技術體系 32
2.1.4 工業(yè)物聯(lián)網在智能制造領域的應用 33
2.2 工業(yè)大數據 34
2.2.1 工業(yè)大數據的概念 35
2.2.2 工業(yè)大數據應用架構 37
2.2.3 工業(yè)大數據技術架構 39
2.2.4 工業(yè)大數據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 數字孿生 55
2.5.1 數字孿生的概念 56
2.5.2 數字孿生系統(tǒng)架構 58
2.5.3 數字孿生技術架構 60
2.5.4 數字孿生在智能制造領域的應用 60
2.6 工業(yè)互聯(lián)網 65
2.6.1 工業(yè)互聯(lián)網的概念 65
2.6.2 工業(yè)互聯(lián)網體系架構 66
2.6.3 工業(yè)互聯(lián)網產業(yè)鏈構成 72
2.6.4 工業(yè)互聯(lián)網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 高檔數控機床概述 83
3.1.1 高檔數控機床的主要特征 83
3.1.2 高檔數控機床的性能指標 86
3.1.3 高檔數控機床的發(fā)展歷程 88
3.1.4 高檔數控機床的發(fā)展趨勢 92
3.2 數控機床關鍵技術的發(fā)展演進 93
3.2.1 數控機床機械結構發(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 數字化+機床 109
3.4.2 互聯(lián)網+數控機床 110
3.4.3 新一代人工智能+互聯(lián)網+數控機床 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 機床智能數控系統(tǒng) 153
4.1 機床智能數控系統(tǒng)的簡介 154
4.1.1 機床智能數控系統(tǒng)的內涵 155
4.1.2 機床數控系統(tǒng)智能化的主要需求 155
4.1.3 機床智能數控系統(tǒng)的發(fā)展方向 156
4.2 機床數控系統(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 機床智能數控系統(tǒng)的關鍵技術 165
4.5.1 人工智能技術 165
4.5.2 數字孿生技術 167
4.5.3 云服務技術 168
4.6 先進智能數控系統(tǒng)案例 170
4.6.1 華中9型智能數控系統(tǒng) 170
4.6.2 沈陽機床i5智能數控系統(tǒng) 178
4.6.3 德馬吉森精機CELOS智能數控系統(tǒng) 184
4.6.4 西門子Sinumerik One智能數控系統(tǒng) 187
4.7 數控系統(tǒng)云服務平臺 189
4.7.1 華中數控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)展現狀與方向 263
6.7.1 我國增材制造技術的發(fā)展現狀 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—數字化工廠 291
8.1.1 數字化工廠的定義 291
8.1.2 數字化工廠的構成 292
8.1.3 數字化工廠的典型案例 293
8.2 智能工廠的內涵和基本特征 294
8.2.1 智能工廠的內涵 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
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