工业智能 方法与应用

为了促进智能制造的发展进程，本书对工业智能的方法和应用展开了详细的阐述。工业智能涉及的方法和应用极其广泛，本书从工业过程中的设计、制造、运维三大活动展开，介绍了当前工业智能领域的热点研究。本书共5篇。第1篇（第1、2章）概述了智能制造的概念、参考模型及核心，引申出了工业智能的概念和典型分类。第2篇（第3、4、5章）分别从结构设计的特征识别与优化、设计文档结构化分析和装配工艺智能设计展开。第3篇（第6、7、8章）分别介绍了工业缺陷图像智能检测、人员作业行为检测与监控和制造过程的人机协同。第4篇（第9、10章）介绍了生产作业运行智能管控和设备故障诊断与预防性维修。第5篇（第11、12章）介绍了数字孪生与工业智能，以及AI+AR辅助下的制造知识。本书的主要读者对象是数字化工程应用领域和智能制造领域的设计、制造、运维和管理人员，高校相关专业的研究人员，以及对工业智能技术感兴趣的专业人士。

第1篇工业智能基础
第1章工业智能概述/002
1.1智能制造概述/002
1.1.1智能制造的概念及参考架构/002
1.1.2智能制造的核心/009
1.2工业智能概述/019
1.2.1工业智能的概念/019
1.2.2工业智能的分类/023
参考文献/029
第2章工业智能基础/031
2.1工业智能算法基础/031
2.1.1工业智能的机器学习任务/031
2.1.2常用工业智能经典算法/035
2.1.3深度学习算法/042
2.2工业智能流程/045
2.2.1数据收集/046
2.2.2数据预处理和特征工程/047
2.2.3模型训练和强化/049
2.3工业智能场景/051
2.3.1预测性维护/051
2.3.2质量检验与保证/052
2.3.3制造流程优化/052
2.3.4供应链优化/054
2.3.5人工智能驱动的网络安全和隐私/054
2.3.6自动物理安全/054
2.3.7自动化数据管理/054
2.3.8智能助手/055
2.3.9人工智能驱动的研发/055
2.3.10自主资源勘探/055
参考文献/055
第2篇设计阶段的工业智能
第3章结构设计的特征识别与优化/059
3.1智能设计研究现状/060
3.1.1智能设计研究方法/060
3.1.2产品智能CAD设计研究现状/062
3.2产品智能设计框架/063
3.3智能设计中的关键技术/064
3.3.1三维模型检索技术/064
3.3.2加工特征自动识别技术/068
3.3.3设计方案优化/070
3.4基于点云语义分割的下颌角术前截骨规划/077
3.4.1计算机辅助技术在下颌角术前截骨规划中的应用/077
3.4.2下颌角点云语义分割网络/078
3.4.3实验设计与结果/080
参考文献/082
第4章设计文档结构化分析/087
4.1国内外相关技术研究现状/088
4.1.1标准电子文档文本提取及结构化相关研究/088
4.1.2航空标准电子文档关键词自动提取技术的相关研究/089
4.1.3航空标准电子文档信息检索技术相关研究/091
4.2基于规则匹配的文本去噪和结构化方法/093
4.2.1航空标准电子文档数据说明/093
4.2.2航空标准电子文档文本去噪和结构化技术路线/098
4.2.3基于开源工具的航空标准电子文档的文本提取实验/099
4.2.4基于规则匹配的文本去噪方法/103
4.2.5航空标准电子文档的文本数据存储结构/106
4.2.6文本树的生成方法/108
4.3航空标准电子文档关键词自动提取数据预处理方法/110
4.3.1中文文档关键词自动提取方法技术路线/111
4.3.2中文分词模型/111
4.3.3停用词过滤/113
4.4关键词提取案例/114
参考文献/119
第5章装配工艺智能设计/124
5.1装配工艺设计进展与现状/124
5.1.1装配工艺信息建模研究现状/124
5.1.2装配工艺规划研究现状/126
5.1.3装配工艺评价研究现状/127
5.2基于知识图谱的装配工艺智能设计方法/128
5.2.1基于知识图谱的装配工艺信息建模/128
5.2.2基于Bi-LSTM的装配工艺信息模型构建方法/133
5.2.3基于图嵌入的装配工艺生成方法/136
5.2.4基于点云深度学习的装配干涉检测方法/144
5.3某航空发动机压气机转子部件装配实例与验证/147
5.3.1装配工艺知识图谱数据库自动构建/147
5.3.2基于图嵌入的装配工艺自动生成/152
5.3.3多装配工艺方案可行性评价/155
参考文献/158
第3篇制造阶段的工业智能
第6章工业缺陷图像智能检测/162
6.1工业缺陷图像检测进展与现状/162
6.1.1工业缺陷图像检测的定义/162
6.1.2工业缺陷图像检测发展历程/164
6.1.3基于深度学习的工业缺陷图像检测进展/165
6.2基于卷积神经网络的铸件缺陷检测模型/175
6.3基于注意力机制的细粒度铸件缺陷识别方法/176
6.4基于深度学习的铸件射线图像检测案例/179
6.4.1输入分析/179
6.4.2训练过程分析/180
6.4.3输出分析/182
6.4.4模型评估/184
6.4.5成果展示/185
6.5面向工业缺陷识别的可解释性深度学习方法/186
6.5.1工业缺陷检测过程的可解释性需求分析/186
6.5.2可解释性分析研究现状/187
6.5.3基于可解释性方法的焊缝缺陷检测案例/188
参考文献/189
第7章人工作业行为检测与监控/194
7.1作业行为检测与监控的进展与现状/194
7.2作业行为检测与监控算法总体框架/197
7.2.1人体姿态估计/197
7.2.2行为检测/201
7.2.3作业安全监控/205
7.3基于深度学习的作业行为检测与监控方法/205
7.3.1基于OpenPose的骨架提取与建模/205
7.3.2基于双流LSTM融合网络的作业行为特征提取/208
7.3.3作业行为检测识别/214
7.3.4基于GRU的作业行为流程序列编码/215
7.3.5基于规范性感知网络的作业行为规范性权重挖掘/217
7.3.6基于逻辑回归的规范性判断/220
7.4基于作业行为检测的人机协作装配案例/222
7.4.1案例介绍/222
7.4.2实验环境设置/225
7.4.3功能验证/225
参考文献/227
第8章制造过程的人机协同/231
8.1人机协同研究进展与现状/231
8.1.1研究动机/231
8.1.2目标物体检测/235
8.1.3散乱对象拾取/237
8.1.4人机协作/238
8.2人机协作环境中的场景理解/239
8.2.1散乱场景的虚拟数据集构建/240
8.2.2基于视觉的物体识别与定位/244
8.2.3抓取顺序与机器人姿态调节方法/253
8.3基于强化学习的人机协同/264
8.3.1机器人感知基础/264
8.3.2基于强化学习的任务决策/266
8.3.3基于强化学习的人机协同制造/272
8.4案例研究/278
8.4.1散乱零件的识别与拾取/278
8.4.2发电机装配/282
参考文献/287
第4篇运维阶段的工业智能
第9章生产作业运行智能管控/293
9.1生产作业运行智能管控进展与现状/293
9.2基于知识图谱的生产作业智能管控模型/298
9.2.1生产全过程状态感知模型/298
9.2.2面向生产过程的数据建模/299
9.2.3面向生产全过程的知识图谱构建/306
9.3数据驱动的生产作业智能管控优化技术/311
9.3.1纺纱生产工艺流程设计与布局仿真优化技术/311
9.3.2基于工业互联网平台的纺纱生产全流程/315
9.3.3生产过程在线检测与生产状态远程监控技术/317
9.3.4基于工业大数据平台的协同优化/323
9.4生产作业智能管控案例/330
9.4.1环锭纺纱能耗智能管控平台架构设计方案/330
9.4.2基于最小量化误差的纺纱能耗智能监控与预警/332
9.4.3基于状态驱动的纺纱能耗智能调控/333
9.4.4基于核心影响因素的纺纱能耗分析预测/334
参考文献/336
第10章设备故障诊断与预防性维修/341
10.1设备故障诊断与预防性维修进展与现状/341
10.2设备故障诊断/346
10.2.1基于CNN的设备故障诊断/346
10.2.2基于卷积神经网络的设备故障诊断方法/348
10.2.3基于卷积神经网络的设备故障诊断案例/351
10.3设备预防性维修/355
10.3.1基于迁移学习的设备预防性维修/355
10.3.2基于迁移学习的设备预防性维修方法/359
10.3.3基于迁移学习的设备预防性维修案例/364
参考文献/370
第5篇工业智能热点研究
第11章设备故障诊断与预防性数字孪生与工业智能/376
11.1数字孪生进展与现状/376
11.1.1数字孪生发展历程/376
11.1.2相关工作/378
11.1.3数字孪生定义和参考模型/379
11.2数字孪生装配/386
11.2.1基于数字孪生的装调理论体系/386
11.2.2体系方法/386
11.2.3应用案例/394
11.3数字孪生加工/396
11.3.1面向加工的数字孪生模型/396
11.3.2加工过程中的智能方法/400
11.3.3数字孪生加工案例/406
11.4数字孪生智能评估/407
11.4.1模型智能评估思想/408
11.4.2模型保真度评估方法/413
11.4.3评估案例/418
参考文献/422
第12章设备故障诊断与预防性AI+AR辅助下的制造/427
12.1AR概述/427
12.1.1AR的定义及发展/427
12.1.2AR关键技术/428
12.2面向AR的加工过程信息多视图构建与交互/430
12.2.1基于AR的加工过程信息集成模型描述与定义/430
12.2.2面向AR的加工过程信息多视图构建方法/431
12.2.3面向AR的加工过程信息多视图交互方法/434
12.3基于多元信息融合的模型虚实融合方法/437
12.3.1虚实融合基本思想与流程/438
12.3.2梯度描述符离线学习/438
12.3.3多元信息融合的在线识别与追踪/443
12.3.4方法验证与讨论/449
12.4基于AR的加工原型系统开发与案例分析/454
12.4.1原型系统开发与实现/454
12.4.2系统功能验证与应用实例/458
参考文献/463