智能制造技術及應用

陳曉紅，中國工程院院士，我國管理科學與工程、工程管理及數據智能領域的著名專家，中共黨員。現任湖南工商大學黨委書記，中南大學商學院名譽院長，教授、博士生導師，“數字經濟時代的資源環境管理理論與應用”國家基礎科學中心主任，湘江實驗室主任，國家一級重點學科“管理科學與工程”、國家自然科學基金委創新研究群體。作為第一完成人獲國家科技進步二等獎、教育部人文社會科學優秀成果一等獎、國家教學成果二等獎等國家級和省部級科研、教學獎勵17項。連續多年入選“全球高被引科學家”和“全球前2%**科學家”，2022年入選“中國高貢獻學者”（榜單第12位）。截至2022年5月，發表高水平學術論文400余篇，其中ESI前1%高被引論文60余篇，H-Index指數78，出版專著23部，獲國家發明專利授權31項、軟件著作權22項。

 

目錄

 

 

第1章概述

 

1.1智能制造的發展歷程

 

1.1.1智能制造發展總體概述

 

1.1.2智能制造發展過程

 

1.1.3智能制造發展過程的特征

 

1.2智能制造的基本內涵

 

1.3智能制造的體系架構

 

1.3.1智能制造體系架構概述

 

1.3.2智能制造體系架構維度解析

 

1.4智能制造的技術體系

 

1.4.1智能感知技術

 

1.4.2工業互聯網技術

 

1.4.3智能制造控制技術

 

1.4.4工業大數據集成與智能決策

 

1.4.5先進制造技術

 

1.4.6智能裝備與系統

 

1.4.7智能制造系統運維

 

1.4.8智能車間和智能工廠

 

1.5智能制造的發展趨勢

 

1.5.1智能制造的發展特征

 

1.5.2智能制造的發展方向

 

思考題

 

第2章智能感知技術

 

2.1智能感知技術概述

 

2.1.1智能感知的層次結構

 

2.1.2智能感知技術的特點

 

2.1.3智能感知關鍵技術

 

2.1.4智能感知技術與人工智能的關系

 

2.1.5智能感知在智能制造領域的應用

 

2.2傳統傳感器

 

2.2.1溫度檢測傳感器

 

2.2.2壓力檢測傳感器

 

2.2.3距離檢測傳感器

 

2.2.4轉速檢測傳感器

 

2.2.5光電檢測傳感器

 

2.3智能傳感器

 

2.3.1智能傳感器的概念

 

2.3.2智能傳感器的主要功能

 

2.3.3智能傳感器的特點

 

2.3.4智能傳感器的組成

 

2.3.5智能傳感器的實現

 

2.3.6智能傳感器的發展方向

 

2.3.7智能傳感器在智能制造中的應用

 

2.4RFID技術

 

2.4.1RFID技術概述

 

2.4.2RFID系統的結構與一般工作流程

 

2.4.3RFID技術在智能制造中的應用

 

2.5機器視覺技術

 

2.5.1視覺傳感系統

 

2.5.2圖像處理技術

 

2.5.3視覺傳感系統的應用

 

2.6數據處理技術

 

2.6.1數據清洗

 

2.6.2多傳感器數據融合技術

 

2.6.3數據分析

 

2.6.4數據存儲

 

思考題

 

第3章工業互聯網技術

 

3.1工業互聯網體系

 

3.1.1工業互聯網體系的發展

 

3.1.2工業互聯網體系的架構

 

3.2工業互聯網通信協議

 

3.2.1通用串行通信技術

 

3.2.2CAN總線技術

 

3.2.3PROFIBUS總線技術

 

3.2.4工業以太網技術

 

3.2.5第五代移動通信技術

 

3.3工業互聯網開放接口技術

 

3.3.1PLCopen接口技術

 

3.3.2OPC UA接口技術

 

3.3.3MTConnect接口技術

 

3.3.4MQTT接口技術

 

3.4工業互聯網安全體系

 

3.4.1工業互聯網安全概述

 

3.4.2工業互聯網安全體系與框架

 

3.4.3工業互聯網安全技術

 

思考題

 

第4章智能制造控制技術

 

4.1智能控制理論

 

4.1.1智能控制的發展

 

4.1.2智能控制的分支

 

4.1.3智能控制的應用

 

4.2可編程邏輯控制技術

 

4.2.1可編程邏輯控制技術的發展

 

4.2.2可編程邏輯控制器的結構

 

4.2.3可編程邏輯控制計算的應用

 

4.3自適應控制技術

 

4.3.1基於模型的自適應控制

 

4.3.2無模型自適應控制

 

4.3.3基於學習的自適應控制

 

4.4分布式控制技術

 

4.4.1分布式人工智能

 

4.4.2多智能體系統

 

4.4.3多智能體系統控制

 

4.5協同控制技術

 

4.5.1協同控制技術的發展

 

4.5.2協同控制算法與決策方法

 

4.5.3協同控制算法的應用

 

思考題

 

第5章工業大數據集成與智能決策

 

5.1工業大數據概述

 

5.1.1工業大數據的分析技術

 

5.1.2工業大數據的價值

 

5.1.3工業大數據的核心目標

 

5.2基於CPS的工業大數據集成技術

 

5.2.1CPS的概念

 

5.2.2CPS驅動的數據價值創造架構

 

5.2.3CPS框架下的智能信息轉化

 

5.2.4CPS 技術應用特征

 

5.3基於雲平臺的工業大數據集成技術

 

5.3.1“邊緣雲”協同： 構建實時高效的工業大數據分析模型

 

5.3.2工業雲與大數據的融合

 

5.4基於工業大數據的智能決策技術

 

5.4.1工業大數據與智能決策技術的結合

 

5.4.2智能決策技術在工業領域的應用

 

5.4.3技術挑戰與解決方案

 

思考題

 

第6章先進制造技術

 

6.1增材制造技術

 

6.1.1金屬增材制造

 

6.1.2非金屬增材制造

 

6.1.3生物增材制造

 

6.2激光加工技術

 

6.2.1激光焊接

 

6.2.2激光切割

 

6.2.3激光打孔

 

6.2.4激光打標

 

6.2.5激光熱處理

 

6.3載能粒子束制造技術

 

6.3.1電子束加工

 

6.3.2離子束加工

 

6.3.3等離子體加工

 

6.4電化學制造技術

 

6.4.1精密電解加工

 

6.4.2精密電鑄加工

 

思考題

 

第7章智能裝備與系統

 

7.1智能數控系統

 

7.1.1數控系統概述

 

7.1.2數控系統組成

 

7.1.3智能數控系統的體系架構

 

7.1.4數控系統智能化關鍵技術

 

7.1.5智能數控系統實例

 

7.2數控機床智能化設計

 

7.2.1數控機床智能化設計概述

 

7.2.2數控機床分類及其工作原理

 

7.2.3數控機床智能化設計關鍵技術

 

7.2.4數控機床的發展趨勢

 

7.3工業機器人

 

7.3.1工業機器人概述

 

7.3.2工業機器人的分類

 

7.3.3工業機器人的關鍵技術

 

7.3.4工業機器人的發展趨勢

 

7.4智能物流裝備

 

7.4.1智能物流裝備概述

 

7.4.2智能物流裝備的關鍵技術

 

7.4.3智能物流裝備的發展趨勢

 

思考題

 

第8章智能制造系統運維

 

8.1設備狀態數據預處理

 

8.1.1狀態數據預處理概述

 

8.1.2狀態數據的粗大誤差去除

 

8.1.3狀態數據的平滑處理

 

8.1.4基於趨勢項提取的狀態數據處理方法

 

8.2設備狀態的異常檢測與故障診斷

 

8.2.1異常檢測與故障診斷概述

 

8.2.2典型的異常檢測方法

 

8.2.3指印圖與自組織特征映射網絡相結合的故障診斷

 

8.2.4小樣本條件下基於遷移學習的故障診斷

 

8.3設備狀態趨勢預測

 

8.3.1狀態趨勢預測概述

 

8.3.2基於改進支持向量回歸的短期狀態趨勢預測

 

8.3.3基於連續過程神經網絡的短期狀態趨勢預測

 

8.3.4基於性能衰退模式挖掘的長期狀態趨勢預測

 

8.4系統性能優化與資源管理

 

8.4.1設備智能運維決策系統平臺需求概述

 

8.4.2面向服務的智能運維模式分析

 

8.4.3運維決策數據的集成管理

 

8.4.4設備智能運維決策系統平臺體系架構

 

8.4.5設備智能運維決策系統平臺核心功能與系統配置

 

思考題

 

第9章智能車間和智能工廠

 

9.1智能制造產線

 

9.1.1智能制造產線概述

 

9.1.2智能制造產線的基本要求與發展趨勢

 

9.1.3智能制造產線的開發流程

 

9.1.4智能制造產線的組成單元

 

9.1.5智能制造產線的總體設計

 

9.2智能車間

 

9.2.1智能車間概述

 

9.2.2智能車間的規劃設計

 

9.2.3智能車間的構建

 

9.2.4智能車間的工藝規劃和智能調度

 

9.3智能工廠

 

9.3.1智能工廠概述

 

9.3.2智能工廠的設計通則

 

9.3.3智能工廠的總體架構

 

9.3.4智能工廠的系統組成

 

思考題

 

第10章智能制造系統案例分析

 

10.1智能制造引領工程機械行業變革： 三一重工案例分析

 

10.1.1“燈塔工廠”的建設與運營

 

10.1.2智能物流與供應鏈管理

 

10.1.3客戶定制化與服務創新

 

10.1.4智能化實踐成效

 

10.2面向智能制造的汽車產業升級路徑： 以比亞迪汽車為例

 

10.2.1制造設備網絡智能化

 

10.2.2汽車制造生產過程數字可視化和公開可追溯

 

10.2.3汽車性能指標個性化

 

10.3數字孿生鋼鐵智造模式： 鞍鋼股份案例分析

 

10.3.1數字化轉型規劃

 

10.3.2鋼鐵工業大數據中心的構建

 

10.3.3五大平臺拓展數字孿生應用

 

10.3.4探索生產經營一體化智能工廠建設模式

 

10.4航空發動機智能運維系統

 

10.4.1發動機智能運維系統需求分析

 

10.4.2發動機智能運維系統設計

 

10.4.3系統實施

 

10.4.4系統實施效果評價

 

思考題

 

參考文獻