本書從機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)的角度，對(duì)所涉及的機(jī)器人、PLC、機(jī)器視覺、設(shè)計(jì)仿真、數(shù)字孿生、并行協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等方面的理論和技術(shù)進(jìn)行細(xì)致講解，結(jié)合NX MCD仿真工具，對(duì)典型案例進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和技術(shù)剖析，既充分體現(xiàn)各相關(guān)技術(shù)的無(wú)縫集成，又突出系統(tǒng)技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。本書面向機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域，以系統(tǒng)集成為核心，體現(xiàn)系統(tǒng)性觀點(diǎn)；理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，體現(xiàn)開放性特點(diǎn)；從不同角度進(jìn)行提煉總結(jié)，理論分析、性能仿真、軟件開發(fā)、系統(tǒng)測(cè)試有機(jī)融合，構(gòu)建機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)完整設(shè)計(jì)開發(fā)體系。本書可作為高等院校機(jī)器人工程、智能制造工程、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、機(jī)械制造及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生或研究生的教材或參考書，也可供機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用。
工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025推動(dòng)制造業(yè)向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生通過對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行完全數(shù)字化重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的全生命周期鏡像可視化，正在引起制造業(yè)廣泛關(guān)注。受人口老齡化影響，勞動(dòng)力成本不斷上升，制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，機(jī)器人已成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要樞紐，機(jī)器換人是大勢(shì)所趨。同時(shí)，人工智能賦予機(jī)器人新活力，使得機(jī)器人能以與人類智能相似的方式做出反應(yīng)，不僅能代替人類大部分體力勞動(dòng)，也可以代替部分腦力勞動(dòng)。機(jī)器人集成系統(tǒng)以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)，與PLC、傳感器、執(zhí)行器、智能儀表、智能控制器等設(shè)備共同構(gòu)建機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈最后一個(gè)環(huán)節(jié)。機(jī)器人集成系統(tǒng)項(xiàng)目是非標(biāo)準(zhǔn)化的，難以批量復(fù)制，不同項(xiàng)目需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體生產(chǎn)要求進(jìn)行私人定制。
機(jī)器人自動(dòng)化集成技術(shù)是一門綜合性、多學(xué)科交叉的技術(shù)，對(duì)于學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)學(xué)科的高等院校學(xué)生或從事該領(lǐng)域設(shè)計(jì)開發(fā)的企業(yè)技術(shù)人員具有巨大挑戰(zhàn)性。
術(shù)業(yè)有專攻，機(jī)電軟協(xié)同，工欲善其事，必先利其器。為了更好地滿足高等院校工程型人才的培養(yǎng)需求，給廣大讀者提供一本實(shí)用的專業(yè)教材和參考書，作者結(jié)合多年來(lái)的技術(shù)研發(fā)積累和工程應(yīng)用實(shí)踐編寫本書。本書力圖將理論分析與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，全方位涵蓋工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺、數(shù)字孿生、機(jī)電軟一體化、物聯(lián)網(wǎng)、深度學(xué)習(xí)、人工智能和機(jī)器人全集成等前沿技術(shù)，既全面保持內(nèi)容的新穎性，又充分展現(xiàn)技術(shù)的引領(lǐng)性。按照理論分析 案例設(shè)計(jì) 仿真工具 信息交互的編寫思路，形成機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)思維和應(yīng)用基礎(chǔ)，使讀者真正掌握機(jī)器人自動(dòng)化集成技術(shù)。
本書共6章，主要包括以下內(nèi)容：
第1章 機(jī)器人集成技術(shù)，包括機(jī)器人、PLC、通信系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)、系統(tǒng)接口和工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容；
第2章 數(shù)字孿生技術(shù)，包括建模仿真、數(shù)字孿生、虛擬調(diào)試、數(shù)物交互等內(nèi)容；
第3章 機(jī)電軟協(xié)同設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)模塊化、機(jī)電軟模塊化、多學(xué)科并行協(xié)同等內(nèi)容；
第4章 基于數(shù)字孿生的自動(dòng)化集成技術(shù)，包括控制、數(shù)據(jù)集成，系統(tǒng)、工藝、工廠分級(jí)仿真，物聯(lián)交互等內(nèi)容；
第5章 基于人工智能的自動(dòng)化集成技術(shù)，包括工業(yè)智能、深度學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)作、機(jī)器人全集成等內(nèi)容；
第6章 基于NX MCD的機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng)，包括NX MCD應(yīng)用、系統(tǒng)集成控制、數(shù)字孿生建模、聯(lián)合虛擬調(diào)試等設(shè)計(jì)過程和技術(shù)解析。
他山之石，可以攻玉。希望本書能起到拋磚引玉的作用，廣大讀者學(xué)習(xí)本書后，多練習(xí)多實(shí)踐，知其然知其所以然（Know-how Know-why），最終能夠使用NX MCD軟件快速高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，為提升我國(guó)智能制造水平貢獻(xiàn)力量。
本書由燕山大學(xué)鄭魁敬、寧波大學(xué)馮永飛、燕山大學(xué)牛建業(yè)共同編寫完成。本書編寫過程中，參考了許多文獻(xiàn)，特向這些作者表示感謝。
由于作者水平有限，書中不當(dāng)之處敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編著者
2024年6月
第1章 機(jī)器人集成技術(shù) 001
1.1 機(jī)器人技術(shù) 002
1.1.1 機(jī)器人發(fā)展概述 002
1.1.2 機(jī)器人基本組成 004
1.1.3 機(jī)器人常見類型 008
1.2 系統(tǒng)集成 013
1.2.1 控制系統(tǒng) 014
1.2.2 通信系統(tǒng) 020
1.2.3 視覺系統(tǒng) 024
1.3 接口技術(shù) 030
1.3.1 系統(tǒng)接口 030
1.3.2 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò) 031
1.3.3 OPC技術(shù) 035
思考題與習(xí)題 039
第2章 數(shù)字孿生技術(shù) 040
2.1 仿真技術(shù) 041
2.1.1 建模仿真 042
2.1.2 設(shè)計(jì)與仿真融合 044
2.1.3 聯(lián)合仿真 048
2.2 數(shù)字孿生 051
2.2.1 概述 051
2.2.2 智能制造數(shù)字孿生 054
2.2.3 裝備行業(yè)數(shù)字孿生 060
2.3 虛擬調(diào)試 065
2.3.1 概述 065
2.3.2 軟件/硬件在環(huán) 070
2.3.3 數(shù)物交互 075
思考題與習(xí)題 078
第3章 機(jī)電軟協(xié)同設(shè)計(jì) 079
3.1 系統(tǒng)模塊化 080
3.1.1 模塊化設(shè)計(jì)思想 080
3.1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 082
3.1.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 083
3.2 功能模塊化 084
3.2.1 機(jī)械模塊化 084
3.2.2 電氣模塊化 086
3.2.3 軟件模塊化 087
3.3 并行協(xié)同 089
3.3.1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 089
3.3.2 并行設(shè)計(jì) 091
3.3.3 協(xié)同設(shè)計(jì) 094
思考題與習(xí)題 099
第4章 基于數(shù)字孿生的自動(dòng)化集成技術(shù) 100
4.1 多元集成 101
4.1.1 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng) 101
4.1.2 控制集成 104
4.1.3 數(shù)據(jù)集成 106
4.2 分級(jí)設(shè)計(jì) 108
4.2.1 制造系統(tǒng)數(shù)字孿生 108
4.2.2 制造工藝過程仿真 111
4.2.3 制造工廠系統(tǒng)仿真 118
4.3 物聯(lián)交互 126
4.3.1 機(jī)器互聯(lián) 126
4.3.2 IT與OT融合 129
4.3.3 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 136
思考題與習(xí)題 141
第5章 基于人工智能的自動(dòng)化集成技術(shù) 142
5.1 人工智能推動(dòng)智能制造發(fā)展 143
5.1.1 工業(yè)智能構(gòu)建制造業(yè)智能化基礎(chǔ) 143
5.1.2 人工智能在智能制造中的應(yīng)用 148
5.1.3 人工智能全方位促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展 150
5.2 人工智能賦予機(jī)器人新活力 153
5.2.1 人工智能引發(fā)機(jī)器人行業(yè)變革 154
5.2.2 智能工業(yè)機(jī)器視覺 156
5.2.3 機(jī)器人智能協(xié)作 161
5.3 人工智能助力自動(dòng)化集成 166
5.3.1 人工智能與工業(yè)自動(dòng)化融合 166
5.3.2 ChatGPT引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化邁向智能化 167
5.3.3 機(jī)器人自動(dòng)化全集成化繁為簡(jiǎn) 173
思考題與習(xí)題 183
第6章 基于NX MCD的機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng) 184
6.1 NX MCD軟件概述 185
6.1.1 基本特點(diǎn) 185
6.1.2 主要功能 187
6.1.3 實(shí)現(xiàn)步驟 188
6.2 機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng)構(gòu)成 189
6.2.1 系統(tǒng)需求分析 189
6.2.2 系統(tǒng)硬件組成 190
6.2.3 系統(tǒng)集成控制 192
6.3 機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng)數(shù)字孿生 199
6.3.1 系統(tǒng)機(jī)電模型 199
6.3.2 系統(tǒng)虛擬調(diào)試 217
6.3.3 系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證 231
思考題與習(xí)題 233
參考文獻(xiàn) 234
附錄 235
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