第1章智能制造及智能化裝配/ 1

1.1智能制造及其關鍵技術/ 2

1.1.1智能制造的背景與意義/ 2

1.1.2智能制造的概念/ 3

1.1.3智能制造的特征/ 6

1.1.4智能制造的關鍵技術/ 7

1.2智能化裝配及其關鍵技術/ 9

1.2.1智能化裝配/ 9

1.2.2智能裝配規劃/ 13

1.2.3裝配生產線調度優化/ 18



第2章智能化裝配技術基礎/ 21

2.1裝配技術基礎/ 22

2.1.1產品的可裝配性/ 22

2.1.2產品裝配過程/ 23

2.1.3產品裝配組織形式/ 26

2.1.4產品裝配流程/ 27

2.1.5裝配連接方法/ 31

2.2裝配生產線設計基礎/ 36

2.2.1手工裝配生產線節拍與工序設計/ 36

2.2.2自動化裝配生產線節拍與工序設計/ 42



第3章人工智能技術基礎/ 48

3.1知識工程/ 49

3.1.1知識表示/ 49

3.1.2知識建模/ 59

3.1.3知識檢索與推理/ 65

3.1.4知識獲取/ 72

3.2神經網絡/ 75

3.2.1人工神經網絡/ 75

3.2.2BP神經網絡/ 79

3.3遺傳算法/ 87

3.3.1遺傳算法中的基本概念/ 87

3.3.2遺傳編碼算法/ 88

3.3.3適應度函數/ 89

3.3.4遺傳操作/ 90

3.3.5遺傳算法的基本過程/ 93



第4章面向裝配序列智能規劃的時空語義知識建模與獲取/ 95

4.1產品時空語義知識建模/ 96

4.1.1產品空間語義知識建模/ 97

4.1.2產品時間語義知識建模/ 99

4.2產品時空語義知識繫統/ 101

4.2.1產品空間語義知識本體模型/ 101

4.2.2產品時間語義知識本體模型/ 104

4.2.3產品時空語義知識繫統/ 104

4.3產品時空語義知識獲取需求與來源/ 106

4.4基於SolidWorks的產品時空語義知識提取技術/ 114

4.4.1SolidWorks API對像/ 114

4.4.2產品裝配時空語義信息提取/ 116

4.4.3產品時空語義知識的存儲/ 122

4.5基於CATIA的產品時空語義知識提取技術/ 124

4.5.1CATIA Automation API對像/ 124

4.5.2裝配體時空語義信息提取方法/ 125

4.5.3挖掘機裝配體應用實例/ 129



第5章基於知識檢索與規則推理的裝配規劃/ 132

5.1繫統框架設計/ 133

5.2基於本體檢索與推理的裝配規劃/ 135

5.2.1時空工程語義知識檢索/ 136

5.2.2時空工程語義知識規則推理/ 140

5.2.3產品裝配序列智能規劃/ 147

5.3裝配規劃的評價及篩選/ 150

5.3.1評價指標/ 150

5.3.2單因素評價/ 151

5.3.3模糊綜合評價/ 152

5.4直線電動機裝配規劃/ 153

5.4.1直線電動機知識繫統/ 153

5.4.2子裝配體裝配序列規劃/ 156

5.4.3直線電動機裝配序列規劃/ 162

5.5基於DELMIA的直線電動機裝配序列規劃仿真/ 164



第6章基於神經網絡的裝配規劃/ 166

6.1面向裝配規劃的裝配模型/ 167

6.2基於神經網絡的裝配規劃/ 169

6.3基於神經網絡的裝配規劃仿真/ 170



第7章裝配生產線數學模型及求解/ 177

7.1生產調度理論/ 178

7.1.1生產調度/ 178

7.1.2車間調度問題/ 179

7.1.3調度規則/ 180

7.2重卡裝配生產線設計及調度/ 183

7.2.1重卡裝配生產線設計/ 184

7.2.2重卡裝配生產線調度/ 193

7.3重卡柔性裝配生產線數學模型/ 195

7.4基於遺傳算法的生產調度優化/ 198

7.4.1遺傳算子的設計/ 198

7.4.2基於Plant Simulation的遺傳算法求解/ 199



第8章裝配生產線調度仿真/ 202

8.1仿真理論/ 203

8.1.1仿真的概念/ 203

8.1.2離散事件繫統仿真步驟/ 204

8.2數據的采集與處理/ 205

8.3基於遺傳算法的生產線調度優化仿真/ 216

8.4裝配車間的3D 仿真/ 224



參考文獻/ 230

制造業是國民經濟的支柱產業和經濟增長的發動機，體現了社會生產力的發展水平，是決定國家發展水平的基本因素之一。全球主要經濟體已不約而同地把機械制造業的發展放在首要位置，先後提出了國家性的制造業或工業轉型升級戰略規劃布局。以技術創新引領制造產業升級，智能化已成為制造業高質量發展的必然趨勢。智能制造產業的發展成為世界各國競爭的焦點，把握智能制造將是當前各國競相推動的新一輪產業革命的關鍵。特別是以人工智能為代表的新一代信息技術爆發式發展，智能技術與制造技術深度融合，將重塑制造業的模式。裝配是制造繫統的重要組成環節，是產品制造全生命周期中重要的、耗費精力和時間多的步驟之一，在很大程度上決定了產品終質量、制造成本和生產周期。因此，采用先進的人工智能技術，提升產品裝配的自動化、智能化程度是新一代智能制造中急需解決的關鍵問題，具有非常重要的工程意義。

本書圍繞機電產品智能化裝配，重點闡述了借助人工智能技術提升機電產品裝配規劃的能力，實現基於人工智能的機電產品智能化裝配的關鍵技術。全書共分8章：第1章綜述了智能制造及其關鍵技術、智能化裝配及其關鍵技術；第2章闡述智能化裝配技術基礎，著重介紹裝配技術基礎和裝配生產線設計基礎；第3章論述人工智能技術基礎，主要包括知識工程、神經網絡及遺傳算法等；第4章闡述建立時空語義知識本體模型的原則與方法，建立產品時空語義知識模型，繫統地研究面向裝配序列規劃的時空語義知識獲取，建立產品時空語義知識繫統，實現了基於Solid-Works和CATIA的產品時空語義知識提取；第5章研究基於知識檢索與規則推理的裝配規劃，主要包括繫統框架設計、基於本體檢索與推理的裝配規劃、裝配規劃的評價及篩選及其在直線電動機裝配中的應用；第6章建立面向裝配規劃的裝配模型，進行基於神經網絡的裝配規劃與仿真；第7章闡述生產調度理論，研究重卡裝配生產線設計與調度，建立重卡柔性裝配生產線數學模型並進行優化；第8章進行重卡裝配生產線的數據采集與處理，進行基於遺傳算法的重卡裝配生產線調度優化仿真及裝配車間的3D仿真。

本書由陳繼文、楊紅娟、張進生著， 崔嘉嘉、呂洋、王琛、王凱、尹國運、周金林等的研究成果為本書的形成做出了貢獻。感謝山東建築大學機電工程學院、山東省綠色制造工藝及其智能裝備工程技術研究中心的支持。

鋻於著者學術水平有限，一些學術觀點的不妥之處懇請專家、學者指正。書中文法的欠妥之處，懇請讀者指正。

本書承蒙國家自然科學基金項目(61303087)、山東省重大科技創新工程項目（2019JZZY010455）、山東省重點研發計劃項目(2019GGX104095)、山東省研究生導師能力提升計劃項目（SDYY18130）的支持，在此致謝。



著者

2019年5月