智能制造概論

第1章　緒論 1
1.1  智能制造的概念及意義 2
1.1.1  智能制造的概念 2
1.1.2  智能制造的意義 3
1.2  國(guó)內(nèi)外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.2.1  智能制造的發(fā)展歷程 4
1.2.2  美國(guó)智能制造發(fā)展 5
1.2.3  德國(guó)智能制造發(fā)展 6
1.2.4  英國(guó)智能制造發(fā)展 8
1.2.5  法國(guó)智能制造發(fā)展 8
1.2.6  日本智能制造發(fā)展 9
1.2.7  韓國(guó)智能制造發(fā)展 9
1.2.8  加拿大智能制造發(fā)展 10
1.2.9  中國(guó)智能制造發(fā)展 10
本章小結(jié) 12
思考題 12
第2章  智能制造基本理論 13
2.1  智能制造的內(nèi)涵、特征、范式及技術(shù)機(jī)理 14
2.1.1  智能制造的內(nèi)涵 14
2.1.2  智能制造的特征 15
2.1.3  智能制造的基本范式 16
2.1.4  智能制造的技術(shù)機(jī)理 18
2.2  智能制造關(guān)鍵技術(shù) 20
2.2.1  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 20
2.2.2  工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù) 21
2.2.3  人工智能 21
2.2.4  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 21
2.2.5  數(shù)字孿生技術(shù) 21
2.2.6  增材制造技術(shù) 22
2.2.7  機(jī)器人技術(shù) 22
2.2.8  信息化系統(tǒng) 22
2.3  智能制造架構(gòu)模型 23
2.3.1  德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu)（RAMI 4.0） 23
2.3.2  美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)（IIRA） 24
2.3.3  NIST智能制造生態(tài)系統(tǒng) 26
2.3.4  日本工業(yè)價(jià)值鏈參考架構(gòu) 27
2.3.5  中國(guó)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu) 27
2.4  智能制造發(fā)展趨勢(shì) 30
本章小結(jié) 32
思考題 32
第3章  先進(jìn)制造技術(shù) 33
3.1  先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu) 35
3.1.1  先進(jìn)制造技術(shù)的提出背景 35
3.1.2  先進(jìn)制造技術(shù)的定義及特點(diǎn) 36
3.1.3  先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) 37
3.1.4  先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 39
3.1.5  先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用 40
3.1.6  先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 42
3.2  增材制造技術(shù) 43
3.2.1  增材制造技術(shù)的基本原理及特點(diǎn) 44
3.2.2  增材制造技術(shù)的發(fā)展歷程 46
3.2.3  增材制造技術(shù)的分類及主要方法 46
3.2.4  增材制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 53
3.2.5  增材制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 54
3.2.6  增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 58
3.3  數(shù)字化制造技術(shù) 58
3.3.1  數(shù)字化制造技術(shù)的定義及內(nèi)涵 59
3.3.2  數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展歷程 60
3.3.3  數(shù)字化制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 61
3.3.4  數(shù)字化制造技術(shù)的主要內(nèi)容 62
3.3.5  數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 64
3.3.6  數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 67
3.4  綠色制造技術(shù) 68
3.4.1  綠色制造技術(shù)的定義及內(nèi)涵 68
3.4.2  綠色制造技術(shù)的發(fā)展 69
3.4.3  綠色制造技術(shù)的內(nèi)容 71
3.4.4  綠色制造技術(shù)的應(yīng)用 73
3.4.5  綠色制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 75
3.5  虛擬制造技術(shù) 76
3.5.1  虛擬制造技術(shù)的定義 76
3.5.2  虛擬制造技術(shù)的發(fā)展 76
3.5.3  虛擬制造技術(shù)的分類及特點(diǎn) 77
3.5.4  虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 78
3.5.5  虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 78
3.6  納米制造技術(shù) 79
3.6.1  納米制造的定義 80
3.6.2  納米制造的發(fā)展 80
3.6.3  納米制造的分類 81
3.6.4  納米制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 84
3.6.5  納米制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn) 85
3.7  云制造技術(shù) 86
3.7.1  云制造技術(shù)的定義及特征 86
3.7.2  云制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 87
3.7.3  云制造技術(shù)的應(yīng)用方向 88
3.7.4  云制造技術(shù)的研究方向 89
本章小結(jié) 90
思考題 90
第4章  工業(yè)智能軟件 91
4.1  概述 92
4.1.1  工業(yè)軟件的定義 92
4.1.2  工業(yè)軟件的分類 92
4.2  企業(yè)資源計(jì)劃（ERP） 93
4.2.1  ERP的定義 93
4.2.2  ERP的發(fā)展歷程 95
4.2.3  ERP的體系架構(gòu)與功能 101
4.2.4  ERP實(shí)施方法 105
4.2.5  典型的ERP系統(tǒng) 106
4.3  制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES） 111
4.3.1  MES的定義 111
4.3.2  MES的發(fā)展歷程 112
4.3.3  MES的體系架構(gòu) 113
4.3.4  典型MES應(yīng)用案例 115
4.3.5  MES的發(fā)展趨勢(shì) 118
4.4  產(chǎn)品全生命周期管理（PLM） 119
4.4.1  PLM的定義 119
4.4.2  PLM的發(fā)展歷程 120
4.4.3  PLM的功能 121
4.4.4  PLM的系統(tǒng)框架 123
4.4.5  典型PLM應(yīng)用案例 125
4.4.6  PLM的發(fā)展趨勢(shì) 126
本章小結(jié) 129
思考題 129
第5章  計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 130
5.1  計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS） 132
5.1.1  CIMS的定義 132
5.1.2  CIMS的發(fā)展歷程 133
5.1.3  CIMS的系統(tǒng)構(gòu)成 133
5.1.4  CIMS的遞階控制結(jié)構(gòu) 135
5.1.5  CIMS的技術(shù)構(gòu)成 137
5.1.6  CIMS的發(fā)展趨勢(shì) 137
5.2  智能CAD技術(shù) 138
5.2.1  智能CAD技術(shù)的發(fā)展 138
5.2.2  智能CAD系統(tǒng) 140
5.2.3  智能CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 141
5.2.4  智能CAD技術(shù)的應(yīng)用及開發(fā) 142
5.3  智能CAPP技術(shù) 149
5.3.1  概述 149
5.3.2  智能CAPP的發(fā)展 150
5.3.3  智能CAPP系統(tǒng) 152
5.3.4  智能CAPP關(guān)鍵技術(shù) 154
5.3.5  智能CAPP的開發(fā)案例 154
5.4  CAM技術(shù) 161
5.4.1  概述 161
5.4.2  CAM軟件的發(fā)展 161
5.4.3  CAM軟件的應(yīng)用 165
5.4.4  CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成 166
5.5  柔性制造系統(tǒng)（FMS） 170
5.5.1  FMS的發(fā)展歷程 170
5.5.2  FMS的基本概念 171
5.5.3  FMS的組成 172
5.5.4  FMS的控制系統(tǒng) 173
5.5.5  FMS的分類 175
5.5.6  FMS的發(fā)展趨勢(shì) 176
5.5.7  FMS的生產(chǎn)運(yùn)作與管理 176
本章小結(jié) 179
思考題 179
第6章  新一代智能制造信息支撐技術(shù) 180
6.1  智能傳感技術(shù) 182
6.1.1  傳感器 182
6.1.2  智能傳感器 183
6.1.3  智能傳感器的特點(diǎn) 184
6.1.4  智能傳感器的功能 185
6.1.5  智能傳感器的關(guān)鍵技術(shù) 186
6.1.6  智能傳感技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用 187
6.1.7  智能傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 190
6.2  物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 190
6.2.1  物聯(lián)網(wǎng) 191
6.2.2  工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 197
6.3  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 200
6.3.1  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵 201
6.3.2  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 201
6.3.3  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 208
6.3.4  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 210
6.3.5  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 210
6.4  人工智能 212
6.4.1  人工智能的概念 212
6.4.2  人工智能的發(fā)展歷程 212
6.4.3  人工智能的關(guān)鍵技術(shù) 214
6.4.4  人工智能的應(yīng)用 217
6.4.5  人工智能的發(fā)展趨勢(shì) 218
6.5  大數(shù)據(jù)與工業(yè)大數(shù)據(jù) 220
6.5.1  大數(shù)據(jù) 220
6.5.2  工業(yè)大數(shù)據(jù) 227
6.5.3  工業(yè)大數(shù)據(jù)與智能制造 231
6.5.4  工業(yè)大數(shù)據(jù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 231
6.6  云計(jì)算與邊緣計(jì)算 232
6.6.1  云計(jì)算 232
6.6.2  邊緣計(jì)算 240
6.6.3  邊緣計(jì)算與云計(jì)算的協(xié)同 242
6.6.4  邊云協(xié)同在智能制造中的應(yīng)用 243
6.7  虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)技術(shù) 244
6.7.1  虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 244
6.7.2  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù) 247
6.7.3  混合現(xiàn)實(shí)技術(shù) 250
6.7.4  VR/AR/MR與智能制造 251
6.8  數(shù)字孿生與工業(yè)數(shù)字孿生 252
6.8.1  數(shù)字孿生 252
6.8.2  工業(yè)數(shù)字孿生 257
6.8.3  數(shù)字孿生與智能制造 260
本章小結(jié) 263
思考題 264
第7章  智能制造中的智能裝備 265
7.1  智能機(jī)床 266
7.1.1  數(shù)控機(jī)床 266
7.1.2  智能機(jī)床技術(shù) 270
7.1.3  智能機(jī)床與智能制造 274
7.2  工業(yè)機(jī)器人 275
7.2.1  工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程 275
7.2.2  工業(yè)機(jī)器人的定義和特點(diǎn) 277
7.2.3  工業(yè)機(jī)器人的分類 278
7.2.4  工業(yè)機(jī)器人的組成 281
7.2.5  工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 283
7.2.6  工業(yè)機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用 284
7.2.7  工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 287
7.3  智能物流設(shè)備 288
7.3.1  智能物流設(shè)備分類 288
7.3.2  AGV系統(tǒng) 289
7.3.3  智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) 297
本章小結(jié) 302
思考題 302
第8章  智能工廠 303
8.1  數(shù)字化工廠與智能工廠 304
8.1.1  數(shù)字化工廠 304
8.1.2  智能工廠 307
8.2  CPS與CPPS 308
8.2.1  CPS 308
8.2.2  CPPS 310
8.3  智能工廠的三項(xiàng)集成 313
8.4  智能工廠的特征 314
8.5  智能工廠的架構(gòu)與建設(shè)模式 315
8.5.1  智能工廠的基本架構(gòu) 315
8.5.2  智能工廠主要建設(shè)模式 318
8.6  智能工廠的實(shí)例 320
本章小結(jié) 331
思考題 331
參考文獻(xiàn) 332