智能装备与产线开发及应用

　　本书在国家科技重大专项项目及北京市科技计划项目的支持下，结合作者团队在智能制造相关领域多年来的研究成果，融合国内外相关的最新研究进展，围绕智能装备与产线开发技术进行介绍。全书共9章，首先对智能制造装备进行了简介；然后围绕智能制造装备组线成线技术进行了重点阐述，包括智能制造装备互联互通技术、制造质量检测与智能预测及反向追溯技术、机器人自动上下料及智慧物流技术、产线系统智能感知与动态监控技术、产线智能管控系统开发技术；最后介绍了智能装备与产线开发分别在模锻制造、塑料模具制造以及切削加工等行业中的应用。本书适合作为智能制造工程专业的核心课程教材，机械设计制造及自动化、机械电子工程等机械类专业的专业课程教材，也可作为研究生的专业课程教材或相关工程技术人员的进修资料及培训用书。

　　程强， 男，北京工业大学机电学院的副教授，2009年于华中科技大学机械科学与工程学院获工学博士学位，同年7月到北京工业大学机电学院任教。2011年入选北京工业大学“日新人才计划”，国家自然科学基金函评专家，浙江省自然科学基金函评专家，广东省科技厅科技的特派员，《The Scientific World Journal》等杂志审稿人。研究领域：机床精度设计、产品可适应设计、模块化设计、连杆机构精度分析与综合。主持国家自然科学基金项目1项、国家科技重大项目子课题3项、北京市科研面上项目1项、横向课题2项，北京工业大学日新人才计划项目1项、北京工业大学基础研究计划1项，并作为骨干成员参与了多项国家重大专项及省部级重点课题，以及可适应设计方法创始人顾佩华教授的广东省领军人物、广东省团队基金等多个项目。发表论文40余篇，其中EI论文30余篇，SCI论文6篇，申请国家发明专利7项，授权2项，软件著作权1项。

第1章  智能制造装备001
1.1　概述001
1.1.1　智能制造装备的基本概念001
1.1.2　智能制造装备的特征001
1.1.3　智能制造装备的主要分类002
1.1.4　智能制造装备与系统的发展005
1.2　智能数控机床007
1.2.1　高精度加工中心007
1.2.2　数控机床智能化009
1.2.3　智能数控系统014
1.2.4　典型智能数控机床017
1.3　智能锻压机床019
1.3.1　锻压装备的概述与发展趋势019
1.3.2　锻压机床传动系统设计与性能优化021
1.3.3　锻压机床智能化025
1.3.4　典型智能锻压机床028
参考文献030
第2章  智能制造装备互联互通技术032
2.1　智能制造装备互联互通技术概述032
2.2　工业物联网互联互通系统设计034
2.2.1　智能产线现场情况概述034
2.2.2　工业物联网互联互通需求分析034
2.2.3　系统总体设计035
2.2.4　系统功能模块设计037
2.3　设备的数控系统043
2.3.1　西门子840Dsl 数控系统043
2.3.2　FANUC 0-i MD 数控系统047
2.3.3　优傲机器人049
2.4　工业物联网中间件系统开发与测试示例051
2.4.1　系统开发环境选型051
2.4.2　客户端架构选型051
2.4.3　系统各功能模块实现052
2.4.4　测试系统搭建053
2.4.5　系统集成测试及结果分析053
参考文献054
第3章  制造质量检测、智能预测与反向追溯技术055
3.1　制造质量检测技术055
3.1.1　质量信息检测方案总体设计055
3.1.2　三维扫描检测技术058
3.1.3　新兴质量检测技术060
3.1.4　图像获取与处理算法设计061
3.1.5　卷积神经网络质量检测063
3.2　基于统计过程的制造质量智能预测技术064
3.2.1　统计过程控制及质量智能预测方案总体设计064
3.2.2　控制图模式研究及数据生成064
3.2.3　控制图特征处理064
3.2.4　质量预测模型的建立067
3.2.5　基于数据驱动的制造质量智能预测技术068
3.3　制造质量反向追溯技术069
3.3.1　质量反向追溯方案总体设计069
3.3.2　生产过程基础数据分类与处理070
3.3.3　质量反向追溯模型结构建立071
参考文献072
第4章  机器人自动上下料与智慧物流技术074
4.1　机器人输送系统整体设计074
4.1.1　机器人上下料系统设计074
4.1.2　自动下料系统设计078
4.1.3　基于机器人输送系统的自动化产线设计078
4.1.4　输送系统应用举例——模锻产线输送系统080
4.2　智慧物流技术及装备085
4.2.1　智慧物流技术发展历程085
4.2.2　智慧物流技术086
4.2.3　智慧物流装备091
4.3　智慧物流技术应用实例——物流跟踪技术097
4.3.1　物流跟踪技术简介097
4.3.2　物流跟踪技术一：RFID 技术098
4.3.3　物流跟踪技术二：二维条码技术101
4.4　智慧物流系统的构建及仿真105
4.4.1　基于Petri 网的物流系统建模105
4.4.2　基于FlexSim 的物流系统仿真108
4.5　仿真案例应用及分析110
4.5.1　仿真资源与仿真环境111
4.5.2　生产物流系统仿真过程111
4.5.3　数据管理与监测设计113
4.5.4　仿真结果对比分析115
参考文献116
第5章  产线系统智能感知与动态监控技术118
5.1　产线智能感知系统整体设计118
5.1.1　产线数据实时采集系统框架设计118
5.1.2　产线数据实时采集系统网络体系及结构组成120
5.1.3　产线制造生产过程数据采集及映射122
5.2　产线生产动态监控系统总体设计123
5.2.1　生产信息动态监控流程123
5.2.2　生产信息动态追踪系统的数据信息124
5.2.3　生产信息动态监控数据库结构模型设计125
5.3　智能生产感知与动态监控应用案例126
5.3.1　锻件信息动态监控系统总体设计127
5.3.2　数据库结构模型设计131
5.3.3　实施应用135
参考文献138
第6章  制造产线智能管控系统开发技术139
6.1　管控系统架构139
6.1.1　单机管控系统架构139
6.1.2　工业互联网体系结构140
6.1.3　基于云计算的管控系统架构141
6.2　数据库技术142
6.2.1　数据库简介142
6.2.2　数据架构设计模式143
6.2.3　管控系统架构设计143
6.3　开发环境、开发语言及微服务技术145
6.3.1　开发环境145
6.3.2　开发语言145
6.3.3　微服务技术145
6.4　开发框架146
6.4.1　开发框架146
6.4.2　服务治理中间件146
6.4.3　配置中心中间件148
6.4.4　数据库引擎148
6.5　智能生产信息管控服务148
6.5.1　生产管控系统交互设计149
6.5.2　生产管控系统开发架构设计150
6.5.3　生产管控系统主要功能描述152
6.6　生产管控系统部署158
6.6.1　生产管控系统部署架构158
6.6.2　生产管控系统部署流程159
参考文献160
第7章  智能模锻产线开发及应用161
7.1　模锻加工工艺分析161
7.1.1　模锻加工工艺发展历程161
7.1.2　模锻成形质量关键因素分析163
7.2　智能模锻产线组成分析166
7.2.1　智能模锻产线布局设计166
7.2.2　车间智能生产设备介绍167
7.2.3　模锻成形生产车间建模169
7.3　智能模锻产线功能系统170
7.3.1　智能模锻产线生产仿真设计170
7.3.2　智能模锻系统过程控制优化176
7.3.3　智能模锻产线供应链系统178
7.4　智能模锻生产信息管控服务185
7.4.1　智能管控平台服务技术185
7.4.2　智能模锻过程预测性维护189
7.4.3　应用实例——模锻产线管控软件192
参考文献199
第8章  智能塑料模具制造产线开发及应用200
8.1　塑料模具加工工艺分析200
8.2　智能塑料模具制造产线204
8.2.1　塑料模具智能加工设备204
8.2.2　塑料模具制造车间布局207
8.2.3　塑料模具零件生产自动识别与追踪209
8.3　智能塑料模具制造产线管控系统应用210
8.3.1　塑料模具设计与制造辅助功能模块210
8.3.2　智能塑料模具生产管控系统215
参考文献221
第9章  智能切削加工产线开发及应用222
9.1　智能切削加工产线布局仿真223
9.1.1　产线布局分析223
9.1.2　产线数据处理226
9.1.3　软件建模仿真231
9.2　产线智能化技术研究与应用236
9.2.1　柔性生产调度方法236
9.2.2　针对扰动的不确定性动态调度方法239
9.3　数字化产线设备健康状态监控与管理242
9.3.1　产线设备建模与场景搭建242
9.3.2　人机交互界面与数据库搭建249
9.3.3　虚拟产线设备实时交互驱动256
9.3.4　看板管理研究与实施应用260
参考文献261