智能机器及其实施技术

从理论到实践、从技术到系统、从研究到应用，全面阐述智能机器的理论概念、关键技术和应用实践

本书涵盖智能机器的战略、基础、技术和案例等方面内容，结合典型机械装备的基本原理、关键技术和研究现状，论述了在智能机器及其实施技术方面开展的落地实践和技术探索。本书从4个方面阐述了智能机器及其实施技术，主要内容包括不同工业时代机械装备驱动与传动发展历程、智能制造相关发展战略；人工智能及其控制技术，智能工厂、智能机器的基本特征；伺服电动机驱动与控制技术，重点论述智能机器的三大实施技术；国内典型智能生产线和智能机器应用实例等。
本书可供企业相关技术人员使用，也可供高等院校机械工程、航空宇航科学与技术、动力工程及工程热物理、冶金工程、材料科学与工程、电气工程、控制科学与工程、化学工程与技术、矿业工程、交通运输工程等专业师生阅读参考。

目录
前言
第1章绪论
1.1工业的四个时代及其机器简介
1.1.1工业1.0的典型机器
1.1.2工业2.0的典型机器
1.1.3工业3.0的典型机器
1.1.4工业4.0机器的主要特点
1.2中国制造业简介
1.2.1中国制造业产业结构组成
1.2.2制造业产品特点及产值
1.2.3制造业各产业之间的相互关系
1.2.4中国220种产量位居世界第一的工业产品简介
1.3一台完整机器的基本组成
1.3.1机器的机械本体系统
1.3.2机器的电气自动控制系统
1.4机器驱动与传动发展趋势
1.4.1多介质多形式驱动与传动
1.4.2复合/混合驱动与传动
1.4.3直接电驱动及其电动机简介
第2章智能制造及其关键技术
2.1德国工业4.0
2.1.1德国工业4.0的实质及其核心思想
2.1.2德国工业4.0的5个创新技术领域
2.2中国制造2025战略
2.2.1中国制造2025简介
2.2.2中国制造2025的十大领域
2.2.3中国制造2025的五大工程
2.3智能制造概念及其关键技术
2.3.1智能制造的内涵及外延
2.3.2中国智能制造专项
2.3.3智能制造的核心信息设备
2.3.4智能制造的10项关键技术
2.4物联网三个层次及其关键技术
2.4.1物联网三个层次
2.4.2物联网的关键技术
2.4.3物联网十大应用领域
第3章三种人工智能控制技术
3.1人工智能简介
3.1.1人工智能的发展历程
3.1.2人工智能的实质及三要素
3.1.3人工智能的特性
3.1.4人工智能的研究内容及发展趋势
3.2人工智能控制简介
3.2.1自动控制的发展历程
3.2.2人工智能控制系统的功能
3.2.3人工智能控制技术的发展方向
3.3三种人工智能控制技术及其核心思想
3.3.1模糊控制技术
3.3.2人工神经网络控制技术
3.3.3迭代学习控制技术
第4章智能工厂及智能机器的基本特征
4.1智能工厂及其三个维度
4.1.1智能工厂的内涵
4.1.2智能工厂的三个维度
4.2智能机器的基本特征
4.2.1智能机器的内涵
4.2.2智能机器的基本要素
4.3典型的智能机器简介
4.3.1电子飞轮储能系统
4.3.2交流伺服直线电动机驱动的新型锻锤
4.3.3对轮旋压设备
4.3.4交流伺服驱动轴向推进滚轧成形设备
4.3.5机床数控系统的智能化
4.4智能机器三大实施技术的内涵与目的
第5章智能机器伺服驱动电动机及其控制
5.1伺服驱动系统概述
5.1.1伺服系统的基本概念
5.1.2伺服驱动系统的构成
5.1.3交流伺服系统的常用性能指标
5.2异步电动机及其伺服控制系统
5.2.1异步电动机的结构和工作原理
5.2.2异步电动机的数学模型
5.2.3异步电动机的矢量控制
5.3永磁同步电动机及其伺服控制系统
5.3.1永磁同步电动机的结构和工作原理
5.3.2正弦波永磁同步电动机的数学模型
5.3.3正弦波永磁同步电动机的矢量控制系统
第6章分散多动力——分布式多动力源技术
6.1分散多动力的必要性与内涵
6.1.1分散多动力的必要性
6.1.2分散多动力的内涵与外延
6.2分散多动力技术的应用
6.2.1分散多动力技术在航空航天中的应用
6.2.2分散多动力技术在轨道交通中的应用
6.2.3分散多动力技术在汽车中的应用
6.3分散多动力需要解决的关键科技问题及其实施途径
6.3.1分散多动力需要解决的关键科技问题
6.3.2分散多动力的实施途径
6.4典型的分散多动力机器
6.4.1全电伺服式对轮柔性旋压设备
6.4.2棒管料对称伺服进给铣削开槽机
6.4.3电气伺服式超高速对击锤
第7章伺服电直驱——伺服全电直接驱动技术
7.1伺服电直驱的必要性与内涵
7.1.1伺服电直驱的必要性
7.1.2伺服电直驱的内涵与外延
7.1.3伺服电直驱的三个层次
7.2伺服电直驱技术的应用
7.2.1伺服电直驱技术在航空航天中的应用
7.2.2伺服电直驱技术在轨道交通中的应用
7.2.3伺服电直驱技术在汽车中的应用
7.3伺服电直驱需要解决的关键科技问题及其实施途径
7.3.1伺服电直驱需要解决的关键科技问题
7.3.2伺服电直驱的实施途径
7.4典型的伺服电直驱机器
7.4.1交流伺服压力机
7.4.2交流伺服驱动轴向推进滚轧成形设备
7.4.3交流伺服自进给螺纹滚压成形设备
第8章集成一体化——高效集成一体化融合技术
8.1集成一体化的必要性与内涵
8.1.1集成一体化的必要性
8.1.2集成一体化的内涵与外延
8.1.3集成一体化的六个层次
8.2集成一体化技术的应用
8.2.1集成一体化技术在航空航天中的应用
8.2.2集成一体化技术在轨道交通中的应用
8.2.3集成一体化技术在汽车中的应用
8.3集成一体化需要解决的关键科技问题及其实施途径
8.3.1集成一体化需要解决的关键科技问题
8.3.2集成一体化的实施途径
8.4典型的集成一体化机器
8.4.1柴油汽车高压共轨系统用球面摆动式径向柱塞电动机泵
8.4.2伺服电动机与飞轮储能装置
第9章典型智能生产线及智能机器
9.1汽车覆盖件智能冲压生产线
9.1.1汽车覆盖件智能冲压生产线基本组成
9.1.2汽车覆盖件智能冲压生产线的研究现状
9.1.3高效冲压生产线的技术特征
9.2汽车纵梁智能冷弯生产线
9.2.1主要技术参数
9.2.2纵梁数字化车间布局
9.2.3纵梁数字化车间特点
9.3伺服控制两辊式冷轧管机
9.3.1两辊式冷轧管机原理及工艺
9.3.2机械设备设计方案
9.3.3电气控制系统
9.4智能成形机器
9.4.1多电动机驱动智能径向锻机器
9.4.2多电动机驱动搅拌摩擦铆焊机器
9.4.3智能化半固态挤压成形机器
9.5智能家用电器
9.5.1智能洗衣机
9.5.2智能电饭煲
9.5.3智能卫浴
9.5.4智能冰箱
9.5.5智能空调
9.6动力装备智能化
9.6.1智能涡旋式压缩机
9.6.2智能鼓风机
9.6.3智能燃料电池用高压氢气压缩机
9.7石油化工装备智能化
9.7.1成品油输送泵站的智能化
9.7.2成品油输送阀的智能化
9.8智能矿山设备
9.8.1智能化综采系统
9.8.2煤矸石智能分选机器人系统
9.8.3智能化运输系统
参考文献

前言
中国晚清四大名臣之一的左宗棠有句名言“发上等愿，结中等缘，享下等福；择高处立，就平处坐，向宽处行。”建设制造强国，是实现“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴中国梦的战略支撑。制造业是立国之本、兴国之器、强国之基，是国家保持竞争力、经济健康运行和国防安全的基础，是科技创新的主战场，一直受到各国政府的高度重视。特别是在国际金融危机发生后，欧美等发达国家纷纷推出“再工业化”战略，如美国工业互联网、德国工业4.0、日本4.0J等，力图抢占国际竞争的制高点，把制造业的发展上升为国家战略之一。“中国制造2025”的提出，加速了我国工业的转型升级。
智能制造技术基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，是先进制造过程、系统与模式的总称。智能机器是智能制造环节不可或缺的组成部分，通过人与智能机器的合作，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。智能制造给复杂装备的设计制造方式及核心装备的技术创新带来了一系列的变革，如何全方位提升装备设计制造的智能化水平，已成为学术界、产业界高度关注的重大科学技术问题。特别是在“中国制造2025”制造强国战略实施以来，我国在先进制造设备领域也有了长足进步。当前亟须一本智能机器实施技术方面的著作，能够从理论到实践、从技术到系统、从研究到应用，全面地阐述智能机器的理论概念、关键技术和应用实践。智能机器是智能制造的根本，是硬科技。本书覆盖战略、基础、技术和案例等方面内容，结合典型机械装备的基本原理、关键技术和研究现状，论述了在智能机器及其实施技术方面开展的落地实践和技术探索。
智能机器通过互联网、传感与数据库结合的方式，实现机器中关键零部件的状态识别，可以在任何时候被定位，并能知道它们自己的历史、当前状态和为了实现其目标状态的最佳路径。智能机器在全生命周期内具有信息深度自感知（全面传感）、智慧优化自决策（优化决策）、精准控制自执行（安全执行）三大基本要素。通过分散多动力、伺服电直驱和集成一体化三大实施技术可实现机器数字高节能、节材高效化、简洁高可靠的智能化特性。该智能化实施三大技术途径必将大幅提升我国机械装备发展水平，加快建设我国制造强国。
赵升吨二级教授所领导的西安交通大学“智能装备与控制”研究团队成员近年来主持了12项国家自然科学基金项目（两项重点）、两项“国家863计划”项目，参与国家科技重大专项中的7项课题，承担了2016年国家“智能制造专项”和2017年国家重点研发计划之“智能农机装备”重点专项的子课题，拥有400多项国家发明专利，发表了大量高水平论文。例如，所研制的第三代锻压设备的伺服压力机处于国内引领地位,在智能制造领域具备坚实的科学研究基础及工程实践经验。
本书共分9章，按照理论与典型实例相结合，研究与技术应用共包容的撰写思路，以近年来团队新研究成果为主线进行撰写。首先介绍了工业1.0到工业4.0四个不同工业时代机械装备驱动与传动的发展历程、智能制造相关发展战略和人工智能及其3种控制技术（第1～3章），然后阐述了智能工厂及智能机器的基本特征（第4章）和智能机器伺服驱动电动机及其控制（第5章），并结合典型智能机器的基本原理和特点，重点探讨了智能机器的三大实施技术，明确指出了三大实施技术需要解决的关键科技问题（第6～8章），最后介绍了典型智能生产线及智能机器应用实例（第9章）。
本书由西安交通大学机械工程学院二级教授赵升吨统稿，在本书即将付梓之时，回忆我领导的西安交通大学“智能装备与控制”团队在智能机器方向20多年的辛勤耕耘，今天终于怀着谦卑的心情向读者奉献我们在智能机器方面的些许体会和探讨，诚挚地期待各位专家与读者批评指正。感恩西安交通大学“智能装备控制”团队同事和研究生的大力支持，参加该专著撰写工作的人员分别有：赵升吨、范淑琴、王永飞、李靖祥、张大伟、张鹏、董朋、田冲、李帆、曹杨峰、刘大洲、任芋见、周昊、杨光灿、蒋红、费亮瑜、张硕文、蒋飞、李坤、冯智彦、张超、李双江等。
“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”期盼着本书关于智能机器的探讨与愚见能起到抛砖引玉之作用，激发研发智能机器之热情，为中国高端装备达到国际先进甚至领先水平奠定基础。最后在这里允许我将北宋大家张载的横渠四句“为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。”与广大读者一起分享。
赵吨升于西安