本书以智能制造系统为对象，围绕“设备-单元-产线/车间-工厂”等制造系统的核心构成要素，具体阐述智能制造系统设计相关的基本概念、方法与技术，从智能制造系统集成化开发过程视角，由点及面深入阐述智能制造典型装备及实例、智能生产单元设计与开发、智能生产线与车间布局设计、智能工厂设计与仿真、智能制造运行管理与控制、制造系统智能运维等专业知识，同时提供以复合作业机器人为对象的项目制学习案例等数字资源。全书体系完整、重点突出、主线清晰，紧扣新工科专业的学科交叉特色，以项目制学习模式为牵引，建构起智能制造工程新工科专业核心课程知识体系，着重培养学生的工程实践能力与创新思维。 本书可作为普通高等院校智能制造工程、机器人工程等新工科专业本科生教材，也可作为机械工程、自动化、工业工程等相关专业本科生和硕士研究生的参考教材。

高等院校教师

第1章　智能制造系统概述 1
学习目标 1
本章知识点导读 1
案例导入 1
1.1　制造系统及其构成 2
1.1.1　制造系统的相关概念 3
1.1.2　制造系统的构成 4
1.2　智能制造系统及其典型特征 7
1.2.1　智能制造系统的定义 7
1.2.2　智能制造系统的层次结构 10
1.2.3　智能制造系统的典型特征 11
1.3　人工智能与制造系统的融合趋势 12
1.3.1　AI驱动制造装备智能化 13
1.3.2　AI驱动工厂运行控制实时化 13
1.3.3　AI提升制造系统智能化 15
1.4　本书整体结构 17
习题 19
项目制学习要求 19
第2章　智能制造系统集成化开发过程 21
学习目标 21
本章知识点导读 21
案例导入 21
2.1　智能制造系统集成化开发框架 22
2.1.1　面向制造的设计 24
2.1.2　制造工艺开发过程 28
2.2　智能制造系统开发方法 33
2.2.1　制造系统开发的影响因素 33
2.2.2　制造系统开发的策略选择 33
2.2.3　智能制造系统开发过程 36
2.3　制造系统的关键性能分析 39
2.3.1　可靠性的概念 39
2.3.2　可靠性分析 41
2.3.3　生产率分析 47
习题 49
项目制学习要求 50
第3章　智能制造典型装备及实例 53
学习目标 53
本章知识点导读 53
案例导入 53
3.1　智能制造典型装备概述 54
3.1.1　智能制造装备的主要特点 54
3.1.2　智能制造装备的主要分类 55
3.2　工业机器人 57
3.2.1　关节机器人 57
3.2.2　SCARA机器人 58
3.2.3　协作机器人 58
3.3　自动导引车（AGV） 59
3.3.1　AGV系统的基本组成 59
3.3.2　AGV系统的分类 62
3.3.3　AGV的导引原理与路径规划 64
3.4　汽车整车智能制造典型装备 69
3.4.1　冲压生产线典型装备 70
3.4.2　焊装生产线典型装备 73
3.5　国产大飞机智能制造典型装备 75
3.5.1　柔性装配工装 76
3.5.2　激光跟踪测量系统 78
3.5.3　大部件自动对接系统 80
习题 84
项目制学习要求 84
第4章　智能生产单元设计与开发 86
学习目标 86
本章知识点导读 86
案例导入 86
4.1　单元生产系统及其布局设计 87
4.1.1　单元生产的概念 88
4.1.2　单元生产系统的布局设计 88
4.2　智能生产单元的定义及功能设计 91
4.2.1　智能生产单元的定义 91
4.2.2　智能生产单元的功能设计 94
4.3　柔性制造单元的构成及功能设计 98
4.3.1　柔性制造单元的基本构成 98
4.3.2　管理与控制单元设计 100
4.4　人机协作智能生产单元设计 100
4.4.1　协作机器人与人机协同场景 101
4.4.2　人机协作智能装配单元 103
4.4.3　移动式协作机器人 104
4.5　智能生产单元设计与开发实例 105
4.5.1　螺纹丝杠智能生产单元设计实例 105
4.5.2　人机协作智能化单元生产线设计实例 110
4.5.3　智能生产单元监控系统设计实例 112
习题 117
项目制学习要求 117
第5章　智能生产线与车间布局设计 119
学习目标 119
本章知识点导读 119
案例导入 119
5.1　生产线的概念与分类 120
5.1.1　生产线概述 120
5.1.2　生产线分类 123
5.1.3　手工装配线 124
5.1.4　自动化生产线 127
5.1.5　自动柔性生产线 129
5.1.6　智能生产线 130
5.2　装配线分析与平衡设计 131
5.2.1　装配线与产品多样性需求 131
5.2.2　单一品种装配线分析 132
5.2.3　单一品种装配线平衡设计 140
5.2.4　多品种流水装配线平衡设计 150
5.3　智能车间设施布局设计 158
5.3.1　车间设施布局的基本形式 158
5.3.2　车间设施布局问题 161
5.3.3　智能车间布局设计方法 163
习题 165
项目制学习要求 165
第6章　智能工厂设计与仿真 167
学习目标 167
本章知识点导读 167
案例导入 167
6.1　智能工厂的定义及特征 169
6.1.1　智能工厂的概念演变 169
6.1.2　智能工厂的基础要素 171
6.1.3　智能工厂的基本特征 172
6.2　智能工厂设计 175
6.2.1　智能工厂设计面临的挑战 175
6.2.2　智能工厂整体架构 176
6.2.3　实体工厂工艺设计 178
6.2.4　虚拟工厂设计 181
6.3　智能工厂建模与仿真 184
6.3.1　智能工厂建模与仿真的步骤 184
6.3.2　智能工厂建模与仿真的主要内容 185
6.3.3　仿真实验设计的一般流程 188
6.3.4　常用的工厂建模与仿真软件 190
6.4　智能工厂建设实例 194
6.4.1　项目概况 194
6.4.2　工艺流程 194
6.4.3　设计方案 195
6.4.4　建设成效 202
习题 202
项目制学习要求 203
第7章　智能制造运行管理与控制 204
学习目标 204
本章知识点导读 204
案例导入 204
7.1　智能制造运行管控概述 207
7.1.1　工厂数字化管控模型 207
7.1.2　制造系统运行控制架构 211
7.2　生产计划与调度问题 213
7.2.1　生产计划体系框架 213
7.2.2　生产作业调度问题及其影响因素 217
7.2.3　生产作业调度规则 220
7.2.4　单设备调度问题及求解 222
7.2.5　多设备调度问题及求解 226
7.3　企业资源计划（ERP）系统 235
7.3.1　ERP系统的发展历程 235
7.3.2　ERP系统的主要功能 240
7.4　制造运行管理（MOM）系统 243
7.4.1　MOM的标准定义与功能 243
7.4.2　机械加工车间的MOM系统应用 245
7.4.3　车间运行控制系统 246
习题 249
项目制学习要求 250
第8章　制造系统智能运维 252
学习目标 252
本章知识点导读 252
案例导入 252
8.1　制造系统智能运维概述 254
8.1.1　制造系统运维的基本概念 254
8.1.2　维修保障与维修策略 258
8.1.3　智能运维 259
8.2　制造系统的多态性及运维特点 261
8.2.1　制造系统运行的多态性 261
8.2.2　制造系统运维的主要特点 265
8.3　制造系统智能运维参考模型与架构 267
8.3.1　制造系统设备运维参考模型 267
8.3.2　智能运维典型架构（OSA-CBM） 269
8.4　数控机床智能运维案例 270
8.4.1　基于传感器测量系统的数据采集 271
8.4.2　数控机床的数据汇聚系统 273
8.4.3　数控机床智能运维系统 274
8.5　基于数字孪生的制造系统智能运维 278
8.5.1　数字孪生的概念、内涵与特征 278
8.5.2　智能制造系统数字孪生建模与仿真 284
8.5.3　数字孪生驱动的制造系统智能运维实例 292
习题 296
项目制学习要求 297
参考文献 299