工業(yè)制造智能制造技術(shù)與自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用

方案

第1章智能制造技術(shù)概述..........................................................3

1.1智能制造技術(shù)發(fā)展背景.....................................................3

1.2智能制造技術(shù)體系架構(gòu)....................................................3

1.3智能制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域..................................................4

第2章自動(dòng)化設(shè)備概述............................................................4

2.1自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展歷程.......................................................4

2.2自動(dòng)化設(shè)備分類與選型.....................................................5

2.3自動(dòng)化設(shè)備在智能制造中的應(yīng)用............................................5

第3章傳感器與執(zhí)行器技術(shù)........................................................6

3.1傳感器技術(shù)...............................................................6

3.1.1傳感器概述.............................................................6

3.1.2傳感器類型及原理......................................................6

3.1.3傳感器在智能制造中的應(yīng)用..............................................7

3.2執(zhí)行器技術(shù)..............................................................7

3.2.1執(zhí)行器概述............................................................7

3.2.2執(zhí)行器類型及原理......................................................7

3.2.3執(zhí)行器在智能制造中的應(yīng)用.............................................7

3.3傳感器與執(zhí)行器的集成應(yīng)用...............................................7

3.3.1集成應(yīng)用概述..........................................................7

3.3.2集成應(yīng)用實(shí)例..........................................................8

3.3.3集成應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)....................................................8

第4章機(jī)器視覺技術(shù)..............................................................8

4.1機(jī)器視覺系統(tǒng)組成.........................................................8

4.2機(jī)器視覺技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用..........................................9

4.3機(jī)器視覺技術(shù)的未來(lái)發(fā)展..................................................9

第5章技術(shù)應(yīng)用...................................................................9

5.1工業(yè)概述..................................................................9

5.1.1工業(yè)定義與發(fā)展歷程....................................................9

5.1.2工業(yè)的類型與結(jié)構(gòu)......................................................10

5.1.3工業(yè)的功能指標(biāo)........................................................10

5.2編程與控制技術(shù)..........................................................10

5.2.1編程語(yǔ)言與編程方法....................................................10

5.2.2控制原理與控制系統(tǒng)....................................................10

5.2.3視覺與傳感器技術(shù)......................................................10

5.3系統(tǒng)集成與應(yīng)用..........................................................10

5.3.1系統(tǒng)集成方法與流程....................................................10

5.3.2應(yīng)用領(lǐng)域與案例分析....................................................10

5.3.3與智能制造的融合......................................................10

第6章生產(chǎn)線臼動(dòng)化布局與優(yōu)化...................................................10

6.1生產(chǎn)線自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)...................................................10

6.1.1自動(dòng)化布局概述........................................................10

6.1.2自動(dòng)化布局原則........................................................11

6.1.3自動(dòng)化布局類型........................................................11

6.1.4自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)因素....................................................11

6.2生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備選型與配置.............................................11

6.2.1自動(dòng)化設(shè)備選型原則....................................................11

6.2.2常見自動(dòng)化設(shè)備類型....................................................11

6.2.3自動(dòng)化設(shè)備配置........................................................12

6.3生產(chǎn)線優(yōu)化與調(diào)度策略....................................................12

6.3.1生產(chǎn)線優(yōu)化原則.......................................................12

6.3.2生產(chǎn)線調(diào)度策略.......................................................12

6.3.3生產(chǎn)線優(yōu)化措施.......................................................12

第7章智能制造執(zhí)行系統(tǒng).........................................................12

7.1智能制造執(zhí)行系統(tǒng)架構(gòu)....................................................12

7.1.1系統(tǒng)架構(gòu)概述..........................................................12

7.1.2設(shè)備層................................................................13

7.1.3控制層................................................................13

7.1.4執(zhí)行層................................................................13

7.1.5管理層................................................................13

7.1.6企業(yè)層................................................................13

7.2生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集.................................................13

7.2.1生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控.........................................................13

7.2.2數(shù)據(jù)采集.............................................................13

7.3生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化......................................................14

7.3.1生產(chǎn)計(jì)劃管理..........................................................14

7.3.2生產(chǎn)調(diào)度管理..........................................................14

7.3.3優(yōu)化策略.............................................................14

第8章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用...................................................14

8.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)......................................................14

8.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述....................................................14

8.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................14

8.2大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用...............................................15

8.2.1數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理......................................................15

8.2.2數(shù)據(jù)分析與挖掘.......................................................15

8.2.3大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用案例.......................................15

8.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新..........................................15

8.3.1融合創(chuàng)新的技術(shù)體系..................................................15

8.3.2融合創(chuàng)新的應(yīng)用場(chǎng)景..................................................15

8.3.3融合創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)...................................................15

第9章智能制造關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用案例..............................................16

9.1人工智能技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用........................................16

9.1.1機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)...................................................16

9.1.2自然語(yǔ)言處理.........................................................16

9.1.3計(jì)算機(jī)視覺............................................................16

9.2數(shù)字?jǐn)伾夹g(shù)在智能制造中的應(yīng)用.........................................16

9.2.1設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)維護(hù)...............................................16

9.2.2生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化..........................................................16

9.2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)與仿真........................................................16

9.3智能制造應(yīng)用案例解析....................................................16

9.3.1案例一：智能工廠......................................................16

9.3.2案例二：智能生產(chǎn)線....................................................16

9.3.3案例三：智能倉(cāng)儲(chǔ)......................................................17

9.3.4案例四：智能檢測(cè)......................................................17

第10章智能制造與自動(dòng)化設(shè)備的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).....................................17

10.1智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)...................................................17

10.1.1數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化.......................................................17

10.1.2人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù).................................................17

10.1.3自主學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力.................................................17

10.1.4模塊化與定制化.......................................................17

10.2自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展趨勢(shì).....................................................17

10.2.1高精度與高可靠性.....................................................17

10.2.2集成化與智能化.......................................................18

10.2.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)同與遠(yuǎn)程控制...................................................18

10.2.4綠色環(huán)保與節(jié)能.......................................................18

10.3智能制造與自匆化設(shè)備的融合創(chuàng)新方向....................................18

10.3.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái).......................................................18

10.3.2數(shù)字享生技術(shù).........................................................18

10.3.3智能與無(wú)人化工廠.....................................................18

10.3.4智能供應(yīng)鏈與物流系統(tǒng).................................................18

第1章智能制造技術(shù)概述

1.1智能制造技術(shù)發(fā)展背景

全球經(jīng)濟(jì)一體化及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。提高

生產(chǎn)效率、降低成本、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量已成為制造業(yè)發(fā)展的核

心訴求。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、天數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技

術(shù)的突破，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新的契機(jī)。智能制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為推

動(dòng)制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。

1.2智能制造技術(shù)體系架構(gòu)

智能制造技術(shù)體系架構(gòu)主要包括以下兒個(gè)層面：

(1)感知層：通過(guò)傳感器、智能儀表等設(shè)備實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)

據(jù)，為制造系統(tǒng)提供信息支持。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：利用工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)、

工廠之間的互聯(lián)互通，為數(shù)據(jù)傳輸提供通道。

（3）平臺(tái)層：構(gòu)建數(shù)據(jù)處理與分析平臺(tái)，對(duì)采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、

分析和挖掘，為決策提供依據(jù)。

（4）應(yīng)用層：將智能制造技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等各個(gè)

環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。

（5）安全與標(biāo)準(zhǔn)體系：建立完善的安全防護(hù)體系和標(biāo)準(zhǔn)化體系，保證智能

制造系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3智能制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

智能制造技術(shù)己廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì):利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）,計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）等技

術(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

（2）生產(chǎn)制造：采用自動(dòng)化設(shè)備、智能、數(shù)字化生產(chǎn)線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)

過(guò)程的自動(dòng)化、柔性化和智能化。

（3）生產(chǎn)管理：達(dá)用企業(yè)資源計(jì)劃（E即）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、供應(yīng)鏈

管理（SCM）等系統(tǒng)，優(yōu)化生產(chǎn)管理流程，提高生產(chǎn)效率。

（4）質(zhì)量控制：通過(guò)在線檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、質(zhì)量數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，提升產(chǎn)

品質(zhì)量。

（5）設(shè)備維護(hù)：采用預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，降低設(shè)備故障率，提

高設(shè)備運(yùn)行效率。

（6）服務(wù)與支持：利用大數(shù)據(jù)?、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提供個(gè)性化、智

能化的服務(wù)與支持。

（7）能源管理：運(yùn)用能源管理系統(tǒng)（EMS）、智能電網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源消

耗的優(yōu)化和降低。

第2章自動(dòng)化設(shè)備概述

2.1自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展歷程

自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展可追溯至20世紀(jì)初，工業(yè)革命的推進(jìn)，生產(chǎn)力的提升對(duì)

生產(chǎn)效率提出了更高要求。自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:

（1）初期階段：20世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代，主要以機(jī)械化和電氣化為特

點(diǎn)，采用簡(jiǎn)單的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

（2）程序控制階段：20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)70年代，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和

可編程邏輯控制器（PLC）為核心，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的程序控制。

（3）集成控制階段：20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)90年代，自動(dòng)化設(shè)備與計(jì)

算機(jī)信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的信息化、智能化。

（4）智能制造階段：21世紀(jì)初至今，自動(dòng)化設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)

算等新一代信息技術(shù)深度融合，推動(dòng)制造業(yè)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化方向發(fā)展。

2.2自動(dòng)化設(shè)備分類與選型

根據(jù)功能和應(yīng)用領(lǐng)域，自動(dòng)化設(shè)備可分為以下幾類：

（1）過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備：主要用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，如化工、石油、電力等行

業(yè)C

（2）離散自動(dòng)化設(shè)備：主要用于離散制造業(yè)，如機(jī)械加工、電子組裝、汽

車制造等行業(yè)。

（3）自動(dòng)化設(shè)備：包括工業(yè)和服務(wù)，廣泛應(yīng)用于焊接、噴涂、搬運(yùn)、裝配

等領(lǐng)域。

（4）智能檢測(cè)與裝配設(shè)備：用于產(chǎn)品檢測(cè)、裝配、調(diào)試等環(huán)節(jié)，如視覺檢

測(cè)、激光測(cè)量、自動(dòng)裝配等。

選型自動(dòng)化設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

（1）生產(chǎn)需求：分析生產(chǎn)過(guò)程中所需實(shí)現(xiàn)的功能、產(chǎn)量、質(zhì)量等要求。

（2）設(shè)備功能：考察設(shè)備的工作速度、精度、穩(wěn)定性、可靠性等。

（3）投資預(yù)算：考慮設(shè)備購(gòu)置、安裝、維護(hù)等成本。

（4）兼容性：保證設(shè)備與現(xiàn)有生產(chǎn)線的兼容性，降低集成難度。

（5）擴(kuò)展性：預(yù)留定的擴(kuò)展空間，便丁后續(xù)生產(chǎn)需求升級(jí)。

2.3自動(dòng)化設(shè)備在智能制造中的應(yīng)用

自動(dòng)化設(shè)備在智能制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）生產(chǎn)自動(dòng)化：自動(dòng)化設(shè)備通過(guò)替代人工完成生產(chǎn)過(guò)程中的重復(fù)性、高

強(qiáng)度、高風(fēng)險(xiǎn)工作，提高生產(chǎn)效率和安全性。

（2）質(zhì)量控制：自動(dòng)化設(shè)備具有高精度和穩(wěn)定性，可保證產(chǎn)品的一致性和

質(zhì)量。

（3）數(shù)據(jù)采集與分析：自動(dòng)化設(shè)備與信息系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)

采集、分析和優(yōu)化。

（4）智能決策：基于大數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)化設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)

控和優(yōu)化調(diào)整。

（5）物流自動(dòng)化：自動(dòng)化設(shè)備在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用，如自動(dòng)搬運(yùn)、分揀、

倉(cāng)儲(chǔ)等，提高物流效率。

（6）個(gè)性化定制：自動(dòng)化設(shè)備具備靈活性和可編程性，可快速響應(yīng)市場(chǎng)變

化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化定制。

通過(guò)以上應(yīng)用，自動(dòng)化設(shè)備為智能制造提供了有力支撐，推動(dòng)了制造業(yè)的轉(zhuǎn)

型升級(jí)。

第3章傳感器與執(zhí)行器技術(shù)

3.1傳感器技術(shù)

3.1.1傳感器概述

傳感器作為智能制造系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要負(fù)責(zé)將各種物理量、化學(xué)量、

生物量等非電量轉(zhuǎn)換為可供測(cè)量的電量。傳感器技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域具有廣泛的

應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)提供了重要支持。

3.1.2傳感器類型及原理

根據(jù)不同的檢測(cè)走象和原理，傳感器可分為以下幾類：溫度傳感器、壓力傳

感器、流量傳感器、位移傳感器、速度傳感器、力傳感器等。各類傳感器的工作

原理和功能特點(diǎn)如下：

（1）溫度傳感器：利用材料或物理量的溫度敏感性，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電

信號(hào)輸出。

（2）壓力傳感器：基丁彈性元件的彈性變形，將壓力變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸

出。

（3）流量傳感器：通過(guò)測(cè)量流體流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的物理量（如電壓、頻率

等），實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。

（4）位移傳感器：測(cè)量物體位移的傳感器，通常利用電感、電容、磁電等

原理實(shí)現(xiàn)。

（5）速度傳感器：測(cè)量物體速度的傳感器，主要有電磁式、光電式、霍爾

式等類型。

（6）力傳感器：將受力物體的力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，常見的有應(yīng)變片式、

壓電式等。

3.1.3傳感器在智能制造中的應(yīng)用

傳感器在智能制造中的應(yīng)用包括：生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量

檢測(cè)、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)等。通過(guò)傳感器技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)?生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)

控，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2執(zhí)行器技術(shù)

3.2.1執(zhí)行器概述

執(zhí)行器是智能制造系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，實(shí)

現(xiàn)自動(dòng)化控制.執(zhí)行器技術(shù)的不斷發(fā)展，為工業(yè)制造提供了更加精確、高效的控

制手段。

3.2.2執(zhí)行器類型及原理

根據(jù)不同的工作原理和用途，執(zhí)行器可分為以下幾類：電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)

行器、液壓執(zhí)行器、電磁執(zhí)行器等。各類執(zhí)行器的原理和特點(diǎn)如下：

（1）電動(dòng)執(zhí)行器：利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速裝置將高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換

為低速直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

（2）氣動(dòng)執(zhí)行器：利用壓縮空氣作為動(dòng)力源，通過(guò)氣動(dòng)元件（如氣缸、氣

馬達(dá)等）實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作。

（3）液壓執(zhí)行器：利用液體壓力作為動(dòng)力源，通過(guò)液壓缸、液壓馬達(dá)等實(shí)

現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作。

（4）電磁執(zhí)行器：利用電磁原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作。

3.2.3執(zhí)行器在智能制造中的應(yīng)用

執(zhí)行器在智能制造中的應(yīng)用包括：生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、控制、物流搬運(yùn)、設(shè)

備調(diào)節(jié)等。通過(guò)執(zhí)行器技術(shù)的應(yīng)用，可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)精

確控制。

3.3傳感器與執(zhí)行器的集成應(yīng)用

3.3.1集成應(yīng)用概述

傳感器與執(zhí)行器的集成應(yīng)用是智能制造系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)傳感器和

執(zhí)行器的有效集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

3.3.2集成應(yīng)用實(shí)例

以下是一些傳感器與執(zhí)行器集成應(yīng)用的實(shí)例：

(1)溫度控制系統(tǒng)：溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，通過(guò)控制電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)

加熱器功率，實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。

(2)壓力控制系統(tǒng)：壓力傳感器檢測(cè)壓力，通過(guò)氣動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門升度,

實(shí)現(xiàn)壓力的穩(wěn)定控制。

(3)視覺系統(tǒng)：視覺傳感器捕捉目標(biāo)物體位置，通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器控制執(zhí)行

精確動(dòng)作。

(4)智能物流系統(tǒng)：傳感器檢測(cè)貨物位置，執(zhí)行器控制搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)

化搬運(yùn)C

3.3.3集成應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器與執(zhí)行器的集成應(yīng)用將更加緊密，呈現(xiàn)出

以下發(fā)展趨勢(shì)：

(1)高度集成：將傳感器、執(zhí)行器、控制器等集成在?個(gè)模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小

型化、輕量化。

(2)智能化：利用人工智能技術(shù)，熨現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、

自優(yōu)化。

(3)網(wǎng)絡(luò)化：通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間的信息共享

與協(xié)同控制。

(4)綠色化：降低能耗，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

第4章機(jī)器視覺技術(shù)

4.1機(jī)器視覺系統(tǒng)組成

機(jī)器視覺系統(tǒng)作為智能制造關(guān)鍵技術(shù)之一，其基本組成主要包括光源、圖像

傳感器、圖像處理單元、執(zhí)行器和控制單元。光源為機(jī)器視覺系統(tǒng)提供穩(wěn)定的照

明環(huán)境，保證圖像獲取的準(zhǔn)確性；圖像傳感器負(fù)責(zé)捕捉目標(biāo)物體的圖像信息；圖

像處理單元對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理，提取有用信息；執(zhí)行器根據(jù)圖像處理結(jié)果進(jìn)

行相應(yīng)的操作；控制單元對(duì)整個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2機(jī)器視覺技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)在智能制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下方面：

（1）產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)：機(jī)器視覺系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢;則，

識(shí)別并排除缺陷產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

（2）自動(dòng)化裝配：在自動(dòng)化裝配線上，機(jī)器視覺技術(shù)能夠精確地識(shí)別目標(biāo)

物體，引導(dǎo)完成裝配任務(wù)，提高裝配精度和速度。

（3）物料分揀：機(jī)器視覺系統(tǒng)可對(duì)物料進(jìn)行識(shí)別和分類，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分揀,

降低人力成本，提高生產(chǎn)效率。

（4）智能監(jiān)控：磯器視覺技術(shù)可用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)異常情況及

時(shí)報(bào)警，保證生產(chǎn)過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

（5）導(dǎo)航與定位：在復(fù)雜環(huán)境中，機(jī)器視覺技術(shù)為提供導(dǎo)航和定位功能，

實(shí)現(xiàn)自主行走和作業(yè)c

4.3機(jī)器視覺技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

智能制造技術(shù)的不斷推進(jìn)，機(jī)器視覺技術(shù)將迎來(lái)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）算法優(yōu)化：通過(guò)深度學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)的融合，提升機(jī)器視覺系

統(tǒng)的識(shí)別精度和速度。

（2）硬件升級(jí)：圖像傳感器、處理器等硬件設(shè)備的功能不斷提升，為機(jī)器

視覺技術(shù)提供更高的處理能力和更低的功耗。

（3）系統(tǒng)集成：視器視覺系統(tǒng)將與其他智能制造系統(tǒng)（如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大

數(shù)據(jù)分析等）進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)更高效、智能的生產(chǎn)過(guò)程。

（4）應(yīng)用拓展：雙器視覺技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如智能醫(yī)療、無(wú)人

駕駛等，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化：機(jī)器視覺技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化程度將不斷提高，

降低系統(tǒng)開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，便丁推廣應(yīng)用。

第5章技術(shù)應(yīng)用

5.1工業(yè)概述

5.1.1工業(yè)定義與發(fā)展歷程

工業(yè)作為一種自動(dòng)化裝備，能夠在規(guī)定程序和條件下自動(dòng)完成各種任務(wù)。本

節(jié)將回顧工業(yè)的定義、發(fā)展歷程以及其在工業(yè)制造領(lǐng)域的重要性。

5.1.2工業(yè)的類型與結(jié)構(gòu)

本節(jié)將介紹不同類型的工業(yè)，如關(guān)節(jié)臂、直角坐標(biāo)、SCARA等，并分析其結(jié)

構(gòu)特點(diǎn)及適用場(chǎng)景。

5.1.3工業(yè)的功能指標(biāo)

介紹評(píng)價(jià)工業(yè)功能的主要指標(biāo)，如負(fù)載能力、工作速度、精度、穩(wěn)定性等，

為后續(xù)選型和應(yīng)用提供參考。

5.2編程與控制技術(shù)

5.2.1編程語(yǔ)言與編程方法

本節(jié)將闡述工業(yè)的編程語(yǔ)言，如RAPID、KRL等，以及編程方法，如示教編

程、離線編程等。

5.2.2控制原理與控制系統(tǒng)

分析工業(yè)控制原理，包括位置控制、速度控制、力控制等，并介紹常見的控

制系統(tǒng)及硬件設(shè)備。

5.2.3視覺與傳感器技術(shù)

介紹工'也視覺系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，如深度相機(jī)、激光雷達(dá)等，并探討其在導(dǎo)

航、定位、避障等方面的應(yīng)用。

5.3系統(tǒng)集成與應(yīng)用

5.3.1系統(tǒng)集成方法與流程

本節(jié)將介紹系統(tǒng)集成的常用方法、流程以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如需求分析、方案設(shè)

計(jì)、系統(tǒng)集成等。

5.3.2應(yīng)用領(lǐng)域與案例分析

分析工業(yè)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如焊接、裝配、搬運(yùn)等，并舉例說(shuō)明典型應(yīng)用

案例。

5.3.3與智能制造的融合

探討工業(yè)與智能制造技術(shù)、自動(dòng)化設(shè)備的融合，以及在未來(lái)制造業(yè)中的發(fā)展

趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。

第6章生產(chǎn)線自動(dòng)化布局與優(yōu)化

6.1生產(chǎn)線自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)

6.1.1自動(dòng)化布局概述

生產(chǎn)線自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)是工業(yè)制造中的環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)

生產(chǎn)效率的最大化。本節(jié)將從自動(dòng)化布局的基本原則、類型及其在設(shè)計(jì)過(guò)程中需

考慮的因素進(jìn)行詳細(xì)闡述。

6.1.2自動(dòng)化布局原則

遵循生產(chǎn)流程：保證布局符合生產(chǎn)流程，減少物料運(yùn)輸距離和時(shí)間；

空間利用：優(yōu)化空間布局，提高生產(chǎn)面積的利用率；

靈活性和可擴(kuò)展性：考慮未來(lái)生產(chǎn)需求變化，使布局具有一定的靈活性和

擴(kuò)展性；

安全性：保證生產(chǎn)過(guò)程中的人身安全和設(shè)密安全。

6.1.3自動(dòng)化布局類型

線性布局：適用于單一生產(chǎn)線，物料流動(dòng)方向單一；

U型布局：適用于多品種、小批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)靈活性：

環(huán)形布局：適用于連續(xù)生產(chǎn)，物料流動(dòng)順暢；

模塊化布局：適用于高度定制化生產(chǎn)，便于調(diào)整和擴(kuò)展。

6.1.4自動(dòng)化布局設(shè)計(jì)因素

生產(chǎn)需求：分析生產(chǎn)任務(wù)、產(chǎn)量、品種等，確定自動(dòng)化程度和設(shè)備數(shù)量；

設(shè)備特性：考慮沒備尺寸、重量、功耗等因素，合理布局；

人員配置：合理配置操作人員、維修人員等，提高生產(chǎn)效率；

物流系統(tǒng)：優(yōu)化物料運(yùn)輸、存儲(chǔ)、配送等環(huán)節(jié)，降低物流成本。

6.2生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備選型與配置

6.2.1自動(dòng)化設(shè)備選型原則

適用性：根據(jù)生產(chǎn)需求選擇適合的自動(dòng)化設(shè)備；

可靠性：選擇功能穩(wěn)定、故障率低的設(shè)備；

經(jīng)濟(jì)性：考慮設(shè)備投資、運(yùn)行成本及維護(hù)費(fèi)用；

技術(shù)先進(jìn)性：優(yōu)先選擇具有先進(jìn)技術(shù)、高效節(jié)能的設(shè)備。

6.2.2常見自動(dòng)化設(shè)備類型

：應(yīng)用于焊接、裝配、搬運(yùn)等環(huán)節(jié)；

自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備：如自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、輸送線等；

檢測(cè)設(shè)備：如視覺檢測(cè)、在線測(cè)量等；

控制系統(tǒng)：如PIC、工業(yè)PC等。

6.2.3自動(dòng)化設(shè)備配置

設(shè)備數(shù)量：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)節(jié)拍等確定設(shè)備數(shù)量；

設(shè)備布局：考慮設(shè)備之間的協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)；

接口與通信：保證設(shè)備之間、設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通信順暢；

人員培訓(xùn)：對(duì)操作人員、維修人員進(jìn)行培訓(xùn)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

6.3生產(chǎn)線優(yōu)化與調(diào)度策略

6.3.1生產(chǎn)線優(yōu)化原則

提高生產(chǎn)效率：通過(guò)優(yōu)化布局、設(shè)備配置等，提高生產(chǎn)效率；

降低生產(chǎn)成本：減少物料消耗、降低設(shè)備故障率等；

提高產(chǎn)品質(zhì)量：通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制、設(shè)備維護(hù)等，提高產(chǎn)品質(zhì)量；

保障安全：消除安全隱患，預(yù)防發(fā)生C

6.3.2生產(chǎn)線調(diào)度策略

靜態(tài)調(diào)度：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，制定固定生產(chǎn)任務(wù)和順序；

動(dòng)態(tài)調(diào)度：根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)和順序；

多目標(biāo)優(yōu)化：考慮生產(chǎn)效率、成本、質(zhì)量等多個(gè)目標(biāo)，制定合理的調(diào)度策

略；

智能調(diào)度：利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化調(diào)度。

6.3.3生產(chǎn)線優(yōu)化措施

設(shè)備維護(hù)：定期進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)、維修，降低故障率；

過(guò)程控制：實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量；

人員培訓(xùn)：提高員工操作技能和責(zé)任心，提高生產(chǎn)效率；

物流優(yōu)化：優(yōu)化物料配送、庫(kù)存管理等，降低物流成本。

第7章智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

7.1智能制造執(zhí)行系統(tǒng)架構(gòu)

智能制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)作為工業(yè)制造的核心環(huán)節(jié)，是連接企業(yè)資源計(jì)劃

(ERP)系統(tǒng)和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的橋梁。本章將詳細(xì)介紹智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu),

包括其主要組成部分、功能模塊及相互之間的關(guān)系。

7.1.1系統(tǒng)架構(gòu)概述

智能制造執(zhí)行系統(tǒng)架構(gòu)主要包括以下幾個(gè)層次：設(shè)備層、控制層、執(zhí)行層、

管理層和企業(yè)層。各層次之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫對(duì)

接。

7.1.2設(shè)備層

設(shè)備層主要包括各種自動(dòng)化設(shè)備和傳感器，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程中物理實(shí)體的操作

和數(shù)據(jù)采集。設(shè)備層的智能化程度直接影響到整個(gè)智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能。

7.1.3控制層

控制層主要負(fù)責(zé)本設(shè)備層的實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，通過(guò)工業(yè)控制器、可編程邏輯

控制器(PLC)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

7.1.4執(zhí)行層

執(zhí)行層是智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的核心，主要包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、

質(zhì)量管理、設(shè)備管理等功能模塊。這些模塊通過(guò)數(shù)據(jù)分析和決第支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)生

產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化。

7.1.5管理層

管理層主要包括企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、供應(yīng)鏈管理(SCM)、客戶關(guān)系管理(CRM)

等系統(tǒng)，為智能制造執(zhí)行系統(tǒng)提供戰(zhàn)略決策支持。

7.1.6企業(yè)層

企業(yè)層是企業(yè)戰(zhàn)略決策的最高層次，負(fù)責(zé)制定企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)和規(guī)劃，為

智能制造執(zhí)行系統(tǒng)提供方向性指導(dǎo)。

7.2生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集是智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

的實(shí)時(shí)監(jiān)控，收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)?、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，為后續(xù)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)

度優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

7.2.1生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控

生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控主要包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控等，通

過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，保證生產(chǎn)過(guò)程處于可控狀態(tài)。

7.2.2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集涉及各種傳感器、智能儀表和工業(yè)控制設(shè)備。采集到的數(shù)據(jù)包括設(shè)

備運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，為生產(chǎn)分析和決策提供依據(jù)。

7.3生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化

生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化是智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)

時(shí)數(shù)據(jù)分析?，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度，提高生產(chǎn)效率。

7.3.1生產(chǎn)計(jì)劃管理

生產(chǎn)計(jì)劃管理根據(jù)企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)、市場(chǎng)需求和資源狀況，制定生產(chǎn)計(jì)劃，包

括生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)數(shù)量等。

7.3.2生產(chǎn)調(diào)度管理

生產(chǎn)調(diào)度管理負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的各種變

化，保證生產(chǎn)計(jì)劃順利執(zhí)行。

7.3.3優(yōu)化策略

生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化策略包括：基于遺傳算法的優(yōu)化、基于粒子群算法的優(yōu)

化、基于約束滿足問(wèn)題的優(yōu)化等.通過(guò)這些優(yōu)化笫略，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的高效運(yùn)行.

本章對(duì)智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的架構(gòu)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)

度優(yōu)化等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為工業(yè)制造企業(yè)提供了一套完整的智能制造執(zhí)行

系統(tǒng)應(yīng)用方案。

第8章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用

8.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，為工業(yè)制造提供

了全新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。本節(jié)將從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)角度，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)與

應(yīng)用進(jìn)行闡述。

8.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)概述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是構(gòu)建在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)基礎(chǔ)上的開放、

協(xié)同、創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng)。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備、工廠、企業(yè)、人之間的互鐵互

通，提升制造業(yè)的智能化水平。

8.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)主要包括四個(gè)層次：設(shè)備接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、平臺(tái)服

務(wù)層和應(yīng)用創(chuàng)新層。

（1）設(shè)備接入層：負(fù)責(zé)連接各種工業(yè)設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采

集和設(shè)備控制。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)有線和無(wú)線的通信技術(shù)，將設(shè)備接入層的數(shù)據(jù)進(jìn)行

傳輸和匯聚。

（3）平臺(tái)服務(wù)層：提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、分析等服務(wù)，支撐各類應(yīng)用場(chǎng)景。

（4）應(yīng)用創(chuàng)新層：根據(jù)行業(yè)需求，開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

8.2大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本節(jié)將從以下幾個(gè)方面介

紹大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用。

8.2.1數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

在智能制造過(guò)程中，首先需要對(duì)各種設(shè)備、工藝和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)

采集后，需進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等，以保證數(shù)據(jù)

質(zhì)量。

8.2.2數(shù)據(jù)分析與挖掘

通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘，可發(fā)覺潛在的規(guī)律和知識(shí)，為決

策提供支持。主要包括：設(shè)備故障預(yù)測(cè)、生產(chǎn)優(yōu)化、質(zhì)量管理、能耗優(yōu)化等。

8.2.3大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用案例

本節(jié)將結(jié)合實(shí)際案例，介紹大數(shù)據(jù)在智能制造中的應(yīng)用效果，包括提高生產(chǎn)

效率、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量等。

8.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新，為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重要支撐。

本節(jié)將從以下幾個(gè)方面探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新。

8.3.1融合創(chuàng)新的技術(shù)體系

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新，涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，包括邊緣計(jì)算、云計(jì)

算、人工智能、區(qū)塊鏈等。

8.3.2融合創(chuàng)新的應(yīng)用場(chǎng)景

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的融合創(chuàng)新，在設(shè)備健康管理、生產(chǎn)優(yōu)化、供應(yīng)鏈管理、

產(chǎn)品全生命周期管理等場(chǎng)景中取得了顯著成果。

8.3.3融合創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟，未來(lái)將在制造業(yè)的智能化、綠色化、

服務(wù)化等方面發(fā)揮更大作用，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

第9章智能制造關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用案例

9.1人工智能技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

9.1.1機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)

在智能制造過(guò)程中，機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)為設(shè)備提供了自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化

的能力。通過(guò)對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的分析，機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)測(cè)

和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率。深度學(xué)習(xí)在圖像識(shí)別、