智能制造之旅

智能制造是世界各国发展先进制造技术与产业的战略性制高点，为我国从“制造大国”跨越为“制造强国”提供了开道超车、跨越发展的重大历史机遇。本书由丁汉院士智能制造科普工作室牵头，依托作为湖北省科普教育基地的华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室的研究成果编撰而成，凝聚了实验室及科普工作室多位专家学者的科研成果和心得体会，发挥了科普工作室及科普教育基地的科学普及作用。 全书分为智能制造的衍生与发展、智能制造的核心技术、智能制造的发展趋势、智能机器人实践案例4篇，具体包括：第1章智能制造的描述、第2章智能制造的发展历程、第3章智能制造的体系架构、第4章数字化制造、第5章人工智能、第6章机器人、第7章数字孪生、第8章智能制造的未来趋势、第9章智能机器人实践一之避障小车和擂台机器人、第10章智能机器人实践二之智能搬运机器人。作者以通俗易懂的语言结合融媒体的方式，将智能制造的前沿技术及应用系统全面地呈现给读者。

华中科技大学教授、博士生导师。担任智能制造装备与技术国家重点实验室主任助理、全国机器人标准化技术委员会委员、中国机械工程学会机器人分会委员等学术职务。主要从事机器人加工与装配、医疗手术机器人技术的研究。入选国家级青年人才（2019年）、湖北省杰青（2020年）、华中科技大学十佳青年教工，上银优秀机械博士论文银奖、上海市优秀博士论文奖获得者。获评湖北省高等学校教学成果一等奖、华中科技大学教学质量优秀奖一等奖、校教学竞赛一等奖、“校我最喜爱的教师班主任”。参与撰写的教材《机器人学：建模、控制与视觉》获得全国优秀教材一等奖、第五届中国出版政府奖、湖北省第四届出版政府奖。 科研方面，先后主持国家自然科学基金3项（重大项目课题、重大研发计划培育项目、青年基金项目各1项）、国家重点研发计划课题/子任务各1项、军委装备发展部预研共用技术课题1项、武汉市“卡脖子”技术重大专项课题1项、湖北省自然科学基金重点项目（杰青）1项。获2022年机械工业科学技术奖技术发明特等奖（3/30）、2018年江苏省科学技术一等奖（8/11）、2014年上银优秀机械工程博士论文奖银奖、2015年上海市优秀博士论文、2019年机械工程学报第三届高影响力论文奖、中国科协第六届优秀论文。

第1章智能制造的描述/3 1.1什么是制造/3 1.1.1制造的含义/3 1.1.2制造的发展简史/5 1.2什么是智能/9 1.2.1智能的含义/9 1.2.2智能的外在体现/13 1.3如何理解智能制造/16 参考文献/19 第2章智能制造的发展历程/22 2.1智能制造的发展简史/22 2.2智能制造的发展现状/27 2.3我国智能制造发展所得到的启示/41 参考文献/43 第3章智能制造的体系架构/44 3.1智能制造的核心技术/44 3.1.1数字化制造与人工智能/45 3.1.2机器人/52 3.1.3工业互联网与数字孪生/57 3.2智能制造的特征与技术总结/63 3.2.1智能制造的特征/63 3.2.2智能制造的技术总结/63 参考文献/63 第2篇智能制造的核心技术 第4章数字化制造/67 4.1什么是数字化制造/67 4.1.1数字化的含义/67 4.1.2数字化制造的概念/68 4.1.3数字化制造的架构和特征/70 4.2数字化制造的发展历史/78 4.2.1起步阶段/78 4.2.2发展阶段/79 4.2.3未来发展趋势/85 4.3数字化制造的典型案例/87 4.3.1波音飞机的数字化制造/87 4.3.2飞机数字化制造的关键技术/90 4.3.3总结/93 参考文献/93 第5章人工智能/94 5.1什么是人工智能/94 5.2人工智能的发展历史/96 5.2.1人工智能的起源/96 5.2.2人工智能的发展历程/96 5.3人工智能的核心技术/101 5.3.1计算机视觉/102 5.3.2自然语言处理/106 5.3.3人工智能芯片/106 5.4人工智能在智能制造中的典型应用案例/109 5.4.1锂电池健康评估/109 5.4.2晶圆缺陷模式识别/112 5.4.3智能优化调度/113 参考文献/115 第6章机器人/116 6.1什么是机器人/116 6.1.1认识机器人/117 6.1.2机器人分类/119 6.2机器人的发展历史/121 6.2.1国外机器人发展史/122 6.2.2国内机器人发展史/125 6.2.3现代机器人介绍/127 6.3机器人的核心组成/129 6.3.1机器人驱动/131 6.3.2机器人感知/138 6.3.3机器人控制/145 6.4典型应用案例/150 6.4.1航空发动机叶片打磨机器人/150 6.4.2大型风电叶片打磨机器人/152 6.4.3AGV:自动导引车/153 6.4.4ChatGPT：聊天机器人/154 参考文献/155 第7章数字孪生/157 7.1什么是数字孪生/157 7.2数字孪生的发展历史/158 7.3数字孪生的核心技术/160 7.3.1建模技术/160 7.3.2可视化技术/162 7.3.3边缘计算技术/166 7.4数字孪生在智能制造中的应用案例/169 7.4.1基于数字孪生技术的航空机电产品装配/169 7.4.2基于数字孪生技术的风机智能运维/171 7.4.3基于数字孪生技术的机床加工/174 参考文献/175 第3篇智能制造的发展趋势 第8章智能制造的未来趋势/179 8.1人信息物理系统/179 8.1.1HCPS的进化过程/179 8.1.2HCPS 2.0的技术体系/183 8.1.3HCPS 2.0的技术应用/185 8.1.4HCPS 2.0面临的挑战/186 8.2人机环境共融/188 8.2.1人机环境共融的内涵/188 8.2.2人机环境共融的关键技术/192 8.2.3人机环境共融的应用案例/195 8.3未来工厂/198 8.3.1未来工厂的概念/198 8.3.2未来工厂的关键技术/198 8.3.3未来工厂的特点/200 8.3.4未来工厂的应用场景/202 参考文献/204 第4篇智能机器人实践案例 第9章智能机器人实践一之避障小车和擂台机器人/207 9.1避障小车/207 9.1.1场地和要求/207 9.1.2器材/209 9.1.3底盘与车轮搭建/209 9.1.4传感器支架搭建/211 9.1.5组装与连线/211 9.1.6软件及驱动安装/214 9.1.7初步调试/216 9.1.8示例程序分析及烧写/224 9.1.9思考题/231 9.2擂台机器人/231 9.2.1场地和要求/232 9.2.2器材和工具/232 9.2.3机器人搭建/233 9.2.4调试与接线/238 9.2.5示例程序分析/242 参考文献/245 第10章智能机器人实践二之智能搬运机器人/246 10.1“VEX V5”机器人套件简介/246 10.2智能搬运机器人搭建/246 10.2.1器材/247 10.2.2底盘搭建/247 10.2.3机械臂搭建/256 10.3图形化编程/261 10.3.1抬升机械臂/261 10.3.2简单任务练习/263 10.4加装视觉传感器/264 参考文献/266 附录术语中英文对照/267