智能機(jī)電裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例

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(diǎn) 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(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù) 7
　　　1.1.4　智能裝備應(yīng)用領(lǐng)域 11
　1.2　智能制造裝備的發(fā)展概況 16
　　　1.2.1　數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 17
　　　1.2.2　工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 19
　　　1.2.3　未來(lái)的智能制造裝備發(fā)展 21
　1.3　智能制造裝備研發(fā)內(nèi)容 22
　　　1.3.1　智能機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備 22
　　　1.3.2　工業(yè)機(jī)器人 23
　　　1.3.3　增材制造 26
　1.4　智能制造裝備的發(fā)展趨勢(shì) 29
　　　1.4.1　智能機(jī)床裝備 29
　　　1.4.2　智能工程機(jī)械 32
　　　1.4.3　智能動(dòng)力裝備 32
　　　1.4.4　智能機(jī)器人 33
　　　1.4.5　智能終端產(chǎn)品 33
　1.5　本章小結(jié) 33

第2 章　智能制造裝備機(jī)械本體設(shè)計(jì) 34 　
　2.1　機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 34
　2.2　智能制造裝備機(jī)械本體整體設(shè)計(jì) 37
　　　2.2.1　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù) 37
　　　2.2.2　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 37
　　　2.2.3　機(jī)械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計(jì)方法 38
　2.3　智能制造裝備本體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 39
　　　2.3.1　功能原理設(shè)計(jì) 39
　　　2.3.2　方案評(píng)價(jià)與篩選 42
　　　2.3.3　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 44
　　　2.3.4　機(jī)械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 45
　　　2.3.5　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 52
　2.4　智能制造裝備進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53
　　　2.4.1　智能制造裝備進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的功能要求 53
　　　2.4.2　智能制造裝備進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 54
　　　2.4.3　智能制造裝備傳動(dòng)系統(tǒng)的分析及計(jì)算 55
　　　2.4.4　智能制造裝備傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 57
　　　2.4.5　滾動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì) 57
　　　2.4.6　滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 60
　2.5　智能制造裝備支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) 66
　　　2.5.1　設(shè)計(jì)支承系統(tǒng)需注意的問(wèn)題 66
　　　2.5.2　支承件的設(shè)計(jì) 67
　　　2.5.3　旋轉(zhuǎn)支承部件設(shè)計(jì) 72
　　　2.5.4　移動(dòng)支承部件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 81
　2.6　智能制造裝備執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 87
　2.7　智能制造裝備本體動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 99
　　　2.7.1　動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則 99
　　　2.7.2　機(jī)體動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的步驟 99
　　　2.7.3　智能制造裝備本體動(dòng)態(tài)性能分析 100
　2.8　智能制造裝備本體優(yōu)化設(shè)計(jì) 103
　　　2.8.1　本體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 103
　　　2.8.2　結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì) 103
　　　2.8.3　系統(tǒng)模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì) 104
　　　2.8.4　產(chǎn)品特征的優(yōu)化設(shè)計(jì) 104
　　　2.8.5　機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 106
　2.9　智能制造裝備數(shù)字化設(shè)計(jì) 106
　　　2.9.1　數(shù)字化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀 107
　　　2.9.2　數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展 109
　　　2.9.3　數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的主要方法和常用文件交換類(lèi)型 110
　　　2.9.4　數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的未來(lái)趨勢(shì) 115
　　　2.9.5　智能制造裝備數(shù)字化設(shè)計(jì) 117
　　　2.9.6　綠色設(shè)計(jì) 118
　2.10　本章小結(jié) 119

第3 章　智能制造裝備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 120 　
　3.1　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)和特性 120
　　　3.1.1　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 120
　　　3.1.2　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)特性 122
　3.2　電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 124
　　　3.2.1　電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 124
　　　3.2.2　步進(jìn)電機(jī)的選擇 137
　　　3.2.3　伺服電機(jī)的選擇原則 137
　　　3.2.4　伺服電機(jī)選擇注意的問(wèn)題 139
　　　3.2.5　根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機(jī) 140
　　　3.2.6　根據(jù)負(fù)載慣量選擇伺服電機(jī) 141
　　　3.2.7　根據(jù)電機(jī)加減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機(jī) 142
　　　3.2.8　根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩均方根值選擇伺服電機(jī) 143
　　　3.2.9　伺服電機(jī)選擇的步驟、方法、公式 144
　3.3　液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 145
　　　3.3.1　概述 146
　　　3.3.2　液壓系統(tǒng)的形式 149
　　　3.3.3　液壓系統(tǒng)性能評(píng)價(jià) 157
　　　3.3.4　液壓動(dòng)力系統(tǒng) 158
　　　3.3.5　液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 162
　3.4　氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 165
　3.5　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向 170
　3.6　本章小結(jié) 173

第4 章　智能制造裝備感知系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(diǎn)和作用 179
　　　4.1.4　傳感器的分類(lèi) 180
　　　4.1.5　微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS） 傳感器 182
　　　4.1.6　傳感器的發(fā)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(lèi) 191
　　　4.2.4　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 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　智能制造裝備感知系統(tǒng)設(shè)計(jì) 198
　　　4.4.1　感知系統(tǒng)定制開(kāi)發(fā) 198
　　　4.4.2　感知系統(tǒng)定制開(kāi)發(fā)方式及案例 203
　4.5　工業(yè)機(jī)器人的傳感器 207
　　　4.5.1　工業(yè)機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng) 207
　　　4.5.2　工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部傳感器 208
　　　4.5.3　工業(yè)機(jī)器人外部傳感器 209
　4.6　智能制造裝備傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 211
　4.7　本章小結(jié) 213

第5 章　智能制造裝備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 214 　
　5.1　智能控制概述 214
　5.2　智能制造裝備的控制系統(tǒng)分類(lèi) 217
　　　5.2.1　分級(jí)遞階控制系統(tǒng) 217
　　　5.2.2　模糊控制系統(tǒng) 219
　　　5.2.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 220
　　　5.2.4　專(zhuān)家控制系統(tǒng) 221
　　　5.2.5　仿人智能控制 222
　　　5.2.6　集成智能控制系統(tǒng) 223
　5.3　智能制造裝備控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 227
　　　5.3.1　概述 227
　　　5.3.2　常見(jiàn)控制系統(tǒng)硬件 229
　　　5.3.3　機(jī)器人控制系統(tǒng) 229
　5.4　智能制造裝備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 232
　　　5.4.1　概述 232
　　　5.4.2　智能控制系統(tǒng)常用的軟件設(shè)計(jì)方法 234
　5.5　現(xiàn)代工業(yè)裝備自動(dòng)控制技術(shù) 235
　　　5.5.1　概述 235
　　　5.5.2　可編程邏輯控制器 236
　　　5.5.3　DCS 控制系統(tǒng) 244
　　　5.5.4　現(xiàn)場(chǎng)總線 250
　　　5.5.5　PC 數(shù)控 260
　　　5.5.6　先進(jìn)控制技術(shù)方法 263
　5.6　PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 264
　　　5.6.1　PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 265
　　　5.6.2　PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 269
　　　5.6.3　PLC 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 284
　　　5.6.4　PLC 系統(tǒng)的調(diào)試 285
　5.7　電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(hù)環(huán)節(jié) 288
　　　5.7.4　故障維修 289
　5.8　本章小結(jié) 290

第6 章　智能物聯(lián)網(wǎng)機(jī)電裝備系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 291 　
　6.1　物聯(lián)網(wǎng)概述 292
　　　6.1.1　物聯(lián)網(wǎng)的主要功能 294
　　　6.1.2　物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 295
　　　6.1.3　物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 297
　6.2　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 308
　6.3　物聯(lián)網(wǎng)的終端 310
　　　6.3.1　物聯(lián)網(wǎng)終端的概念 310
　　　6.3.2　物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用 310
　　　6.3.3　物聯(lián)網(wǎng)終端的分類(lèi) 310
　　　6.3.4　物聯(lián)網(wǎng)終端的標(biāo)準(zhǔn)化 313
　6.4　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝備中的應(yīng)用 313
　6.5　機(jī)電裝備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì) 316
　　　6.5.1　概述 316
　　　6.5.2　物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程 316
　6.6　本章小結(jié) 319

第7 章　具有復(fù)雜工藝與高性能運(yùn)動(dòng)要求的工業(yè)裝備系統(tǒng) 320 　
　7.1　案例一　中空玻璃全自動(dòng)涂膠機(jī)開(kāi)發(fā) 320
　　　7.1.1　中空玻璃全自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械本體設(shè)計(jì) 321
　　　7.1.2　中空玻璃全自動(dòng)涂膠機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 323
　　　7.1.3　中空玻璃全自動(dòng)涂膠機(jī)控制系統(tǒng) 324
　　　7.1.4　中空玻璃全自動(dòng)涂膠機(jī)下位控制 338
　7.2　案例二　全自動(dòng)立式玻璃磨邊機(jī)開(kāi)發(fā) 343
　　　7.2.1　全自動(dòng)立式玻璃磨邊機(jī)機(jī)械本體設(shè)計(jì) 343
　　　7.2.2　全自動(dòng)立式玻璃磨邊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 348

附錄　2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn) 349 　
　附錄一：2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn)（一）——九江石化建設(shè)智能工廠， 培育核心優(yōu)勢(shì) 349
　附錄二：2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn)（二）——濰柴以智能制造推動(dòng)企業(yè)快速發(fā)展 351
　附錄三：2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn)（三）——海爾智能制造創(chuàng)新實(shí)踐 352
　附錄四：2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn)（四）——長(zhǎng)虹以大規(guī)模個(gè)性化定制驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型 354
　附錄五：2015 年全國(guó)智能制造試點(diǎn)示范典型經(jīng)驗(yàn)（五）——和利時(shí)用智能控制系統(tǒng)助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí) 355

參考文獻(xiàn) 358