第1 章智能制造裝備概述 1 
1.1智能制造裝備的概念、組成及特點 2
1.1.1智能制造裝備的概念 2
1.1.2智能制造裝備的組成 6
1.1.3智能制造裝備的特點及關鍵技術 7
1.1.4智能裝備應用領域 11
1.2智能制造裝備的發展概況 16
1.2.1數控機床發展現狀 17
1.2.2工業機器人發展現狀 19
1.2.3未來的智能制造裝備發展 21
1.3智能制造裝備研發內容 22
1.3.1智能機床與基礎制造裝備 22
1.3.2工業機器人 23
1.3.3增材制造 26
1.4智能制造裝備的發展趨勢 29
1.4.1智能機床裝備 29
1.4.2智能工程機械 32
1.4.3智能動力裝備 32
1.4.4智能機器人 33
1.4.5智能終端產品 33
1.5本章小結 33

第2 章智能制造裝備機械本體設計 34
2.1機械設計的基本要求 34
2.2智能制造裝備機械本體整體設計 37
2.2.1機械結構設計的任務 37
2.2.2機械結構設計的特點 37
2.2.3機械結構件的結構要素和設計方法 38
2.3智能制造裝備本體設計的主要內容 39
2.3.1功能原理設計 39
2.3.2方案評價與篩選 42
2.3.3機械結構設計的基本要求 44
2.3.4機械結構基本設計準則 45
2.3.5機械結構設計步驟 52
2.4智能制造裝備進給傳動繫統設計 53
2.4.1智能制造裝備進給傳動繫統的功能要求 53
2.4.2智能制造裝備進給傳動繫統的組成 54
2.4.3智能制造裝備傳動繫統的分析及計算 55
2.4.4智能制造裝備傳動繫統結構的設計 57
2.4.5滾動導軌副的設計 57
2.4.6滾珠絲杠的設計 60
2.5智能制造裝備支承繫統設計 66
2.5.1設計支承繫統需注意的問題 66
2.5.2支承件的設計 67
2.5.3旋轉支承部件設計 72
2.5.4移動支承部件結構方案設計 81
2.6智能制造裝備執行繫統設計 87
2.7智能制造裝備本體動態設計 99
2.7.1動態設計的原則 99
2.7.2機體動態設計的步驟 99
2.7.3智能制造裝備本體動態性能分析 100
2.8智能制造裝備本體優化設計 103
2.8.1本體設計的主要內容 103
2.8.2結構模塊的優化設計 103
2.8.3繫統模塊的優化設計 104
2.8.4產品特征的優化設計 104
2.8.5機械結構優化方法 106
2.9智能制造裝備數字化設計 106
2.9.1數字化設計的現狀 107
2.9.2數字化設計的發展 109
2.9.3數字化設計制造的主要方法和常用文件交換類型 110
2.9.4數字化設計制造的未來趨勢 115
2.9.5智能制造裝備數字化設計 117
2.9.6綠色設計 118
2.10本章小結 119

第3 章智能制造裝備驅動繫統設計 120
3.1驅動機構的分類和特性 120
3.1.1驅動機構的分類 120
3.1.2驅動機構的技術特性 122
3.2電機驅動繫統 124
3.2.1電機驅動繫統概述 124
3.2.2步進電機的選擇 137
3.2.3伺服電機的選擇原則 137
3.2.4伺服電機選擇注意的問題 139
3.2.5根據負載轉矩選擇伺服電機 140
3.2.6根據負載慣量選擇伺服電機 141
3.2.7根據電機加減速時的轉矩選擇伺服電機 142
3.2.8根據電機轉矩均方根值選擇伺服電機 143
3.2.9伺服電機選擇的步驟、方法、公式 144
3.3液壓驅動繫統 145
3.3.1概述 146
3.3.2液壓繫統的形式 149
3.3.3液壓繫統性能評價 157
3.3.4液壓動力繫統 158
3.3.5液壓繫統設計 162
3.4氣壓傳動繫統設計 165
3.5驅動機構的發展方向 170
3.6本章小結 173

第4 章智能制造裝備感知繫統設計 174
4.1傳感器的概念 174
4.1.1傳感器的概念和組成 174
4.1.2傳感器的特性 175
4.1.3智能傳感器的特點和作用 179
4.1.4傳感器的分類 180
4.1.5微機電繫統（MEMS） 傳感器 182
4.1.6傳感器的發展 188
4.2智能制造裝備傳感器 189
4.2.1概述 189
4.2.2智能制造裝備傳感器的作用 190
4.2.3智能制造裝備傳感器的分類 191
4.2.4無線傳感器網絡 192
4.2.5模糊傳感器 194
4.3智能制造裝備傳感器的選擇 195
4.4智能制造裝備感知繫統設計 198
4.4.1感知繫統定制開發 198
4.4.2感知繫統定制開發方式及案例 203
4.5工業機器人的傳感器 207
4.5.1工業機器人的感覺繫統 207
4.5.2工業機器人內部傳感器 208
4.5.3工業機器人外部傳感器 209
4.6智能制造裝備傳感器的發展趨勢 211
4.7本章小結 213

第5 章智能制造裝備控制繫統設計 214
5.1智能控制概述 214
5.2智能制造裝備的控制繫統分類 217
5.2.1分級遞階控制繫統 217
5.2.2模糊控制繫統 219
5.2.3神經網絡控制繫統 220
5.2.4專家控制繫統 221
5.2.5仿人智能控制 222
5.2.6集成智能控制繫統 223
5.3智能制造裝備控制繫統的硬件平臺設計 227
5.3.1概述 227
5.3.2常見控制繫統硬件 229
5.3.3機器人控制繫統 229
5.4智能制造裝備控制繫統的軟件設計 232
5.4.1概述 232
5.4.2智能控制繫統常用的軟件設計方法 234
5.5現代工業裝備自動控制技術 235
5.5.1概述 235
5.5.2可編程邏輯控制器 236
5.5.3DCS 控制繫統 244
5.5.4現場總線 250
5.5.5PC 數控 260
5.5.6先進控制技術方法 263
5.6PLC 控制繫統設計 264
5.6.1PLC 控制繫統的硬件設計 265
5.6.2PLC 控制繫統的軟件設計 269
5.6.3PLC 繫統的抗干擾設計 284
5.6.4PLC 繫統的調試 285
5.7電氣控制繫統設計 286
5.7.1概述 286
5.7.2常用的控制線路的基本回路 287
5.7.3常用保護環節 288
5.7.4故障維修 289
5.8本章小結 290

第6 章智能物聯網機電裝備繫統的設計 291
6.1物聯網概述 292
6.1.1物聯網的主要功能 294
6.1.2物聯網的關鍵技術 295
6.1.3物聯網的應用 297
6.2物聯網架構 308
6.3物聯網的終端 310
6.3.1物聯網終端的概念 310
6.3.2物聯網終端的基本原理及作用 310
6.3.3物聯網終端的分類 310
6.3.4物聯網終端的標準化 313
6.4物聯網技術在裝備中的應用 313
6.5機電裝備物聯網設計 316
6.5.1概述 316
6.5.2物聯網平臺架構設計過程 316
6.6本章小結 319

第7 章具有復雜工藝與高性能運動要求的工業裝備繫統 320
7.1案例一中空玻璃全自動塗膠機開發 320
7.1.1中空玻璃全自動塗膠機機械本體設計 321
7.1.2中空玻璃全自動塗膠機驅動繫統設計 323
7.1.3中空玻璃全自動塗膠機控制繫統 324
7.1.4中空玻璃全自動塗膠機下位控制 338
7.2案例二全自動立式玻璃磨邊機開發 343
7.2.1全自動立式玻璃磨邊機機械本體設計 343
7.2.2全自動立式玻璃磨邊機控制繫統設計 348

附錄2015 年全國智能制造試點示範典型經驗 349
附錄一：2015 年全國智能制造試點示範典型經驗（一）——九江石化建設智能工廠， 培育核心優勢 349
附錄二：2015 年全國智能制造試點示範典型經驗（二）——濰柴以智能制造推動企業快速發展 351
附錄三：2015 年全國智能制造試點示範典型經驗（三）——海爾智能制造創新實踐 352
附錄四：2015 年全國智能制造試點示範典型經驗（四）——長虹以大規模個性化定制驅動產業智能轉型 354
附錄五：2015 年全國智能制造試點示範典型經驗（五）——和利時用智能控制繫統助力制造業轉型升級 355

參考文獻 358

智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進制造技術、信息技術和人工智能技術的高度集成和深度融合。制造領域重點發展智能制造裝備，核心是以高端數控技術為核心的智能成套生產線，智能控制繫統，智能傳感和測試儀器儀表關鍵基礎零器件及通用的和專用的智能制造裝備。
本書圍繞智能制造裝備繫統展開，全書分7 章內容。第1 章對智能制造裝備的概念和發展趨勢進行介紹；第2 章介紹智能制造裝備機械本體的設計方法和數字化設計；第3 章對智能制造裝備驅動繫統的設計和智能驅動繫統進行介紹；第4 章主要介紹智能制造裝備感知繫統的設計和智能傳感技術的發展趨勢；第5 章講述智能制造裝備控制繫統的設計和實現；第6 章介紹智能物聯網繫統的概念和應用；第7章以筆者所在課題組研發的自動塗膠機為例，介紹了中空玻璃成型工藝和高性能運動控制裝備繫統的設計和開發過程。
全書內容豐富，材料翔實，可供裝備設計和控制繫統研發人員使用，也可供高等院校相關專業師生閱讀參考。
本書由北方工業大學徐明剛、張從鵬等撰寫，在寫作過程中得到了徐宏海、毛潭、李凱、劉瑛、李玏一等人的幫助。本書由北京石油化工學院羅學科策劃、審稿，並多次提出修改意見，在此表示感謝！
由於筆者水平有限，書中難免有不足之處，敬請各位專家學者批評指正。

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