智能機電裝備系統(tǒng)設計與實例

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 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及關鍵技術 7
　　　1.1.4　智能裝備應用領域 11
　1.2　智能制造裝備的發(fā)展概況 16
　　　1.2.1　數控機床發(fā)展現狀 17
　　　1.2.2　工業(yè)機器人發(fā)展現狀 19
　　　1.2.3　未來的智能制造裝備發(fā)展 21
　1.3　智能制造裝備研發(fā)內容 22
　　　1.3.1　智能機床與基礎制造裝備 22
　　　1.3.2　工業(yè)機器人 23
　　　1.3.3　增材制造 26
　1.4　智能制造裝備的發(fā)展趨勢 29
　　　1.4.1　智能機床裝備 29
　　　1.4.2　智能工程機械 32
　　　1.4.3　智能動力裝備 32
　　　1.4.4　智能機器人 33
　　　1.4.5　智能終端產品 33
　1.5　本章小結 33

第2 章　智能制造裝備機械本體設計 34 　
　2.1　機械設計的基本要求 34
　2.2　智能制造裝備機械本體整體設計 37
　　　2.2.1　機械結構設計的任務 37
　　　2.2.2　機械結構設計的特點 37
　　　2.2.3　機械結構件的結構要素和設計方法 38
　2.3　智能制造裝備本體設計的主要內容 39
　　　2.3.1　功能原理設計 39
　　　2.3.2　方案評價與篩選 42
　　　2.3.3　機械結構設計的基本要求 44
　　　2.3.4　機械結構基本設計準則 45
　　　2.3.5　機械結構設計步驟 52
　2.4　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)設計 53
　　　2.4.1　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)的功能要求 53
　　　2.4.2　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)的組成 54
　　　2.4.3　智能制造裝備傳動系統(tǒng)的分析及計算 55
　　　2.4.4　智能制造裝備傳動系統(tǒng)結構的設計 57
　　　2.4.5　滾動導軌副的設計 57
　　　2.4.6　滾珠絲杠的設計 60
　2.5　智能制造裝備支承系統(tǒng)設計 66
　　　2.5.1　設計支承系統(tǒng)需注意的問題 66
　　　2.5.2　支承件的設計 67
　　　2.5.3　旋轉支承部件設計 72
　　　2.5.4　移動支承部件結構方案設計 81
　2.6　智能制造裝備執(zhí)行系統(tǒng)設計 87
　2.7　智能制造裝備本體動態(tài)設計 99
　　　2.7.1　動態(tài)設計的原則 99
　　　2.7.2　機體動態(tài)設計的步驟 99
　　　2.7.3　智能制造裝備本體動態(tài)性能分析 100
　2.8　智能制造裝備本體優(yōu)化設計 103
　　　2.8.1　本體設計的主要內容 103
　　　2.8.2　結構模塊的優(yōu)化設計 103
　　　2.8.3　系統(tǒng)模塊的優(yōu)化設計 104
　　　2.8.4　產品特征的優(yōu)化設計 104
　　　2.8.5　機械結構優(yōu)化方法 106
　2.9　智能制造裝備數字化設計 106
　　　2.9.1　數字化設計的現狀 107
　　　2.9.2　數字化設計的發(fā)展 109
　　　2.9.3　數字化設計制造的主要方法和常用文件交換類型 110
　　　2.9.4　數字化設計制造的未來趨勢 115
　　　2.9.5　智能制造裝備數字化設計 117
　　　2.9.6　綠色設計 118
　2.10　本章小結 119

第3 章　智能制造裝備驅動系統(tǒng)設計 120 　
　3.1　驅動機構的分類和特性 120
　　　3.1.1　驅動機構的分類 120
　　　3.1.2　驅動機構的技術特性 122
　3.2　電機驅動系統(tǒng) 124
　　　3.2.1　電機驅動系統(tǒng)概述 124
　　　3.2.2　步進電機的選擇 137
　　　3.2.3　伺服電機的選擇原則 137
　　　3.2.4　伺服電機選擇注意的問題 139
　　　3.2.5　根據負載轉矩選擇伺服電機 140
　　　3.2.6　根據負載慣量選擇伺服電機 141
　　　3.2.7　根據電機加減速時的轉矩選擇伺服電機 142
　　　3.2.8　根據電機轉矩均方根值選擇伺服電機 143
　　　3.2.9　伺服電機選擇的步驟、方法、公式 144
　3.3　液壓驅動系統(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)性能評價 157
　　　3.3.4　液壓動力系統(tǒng) 158
　　　3.3.5　液壓系統(tǒng)設計 162
　3.4　氣壓傳動系統(tǒng)設計 165
　3.5　驅動機構的發(fā)展方向 170
　3.6　本章小結 173

第4 章　智能制造裝備感知系統(tǒng)設計 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　智能傳感器的特點和作用 179
　　　4.1.4　傳感器的分類 180
　　　4.1.5　微機電系統(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 191
　　　4.2.4　無線傳感器網絡 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)設計 198
　　　4.4.1　感知系統(tǒng)定制開發(fā) 198
　　　4.4.2　感知系統(tǒng)定制開發(fā)方式及案例 203
　4.5　工業(yè)機器人的傳感器 207
　　　4.5.1　工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng) 207
　　　4.5.2　工業(yè)機器人內部傳感器 208
　　　4.5.3　工業(yè)機器人外部傳感器 209
　4.6　智能制造裝備傳感器的發(fā)展趨勢 211
　4.7　本章小結 213

第5 章　智能制造裝備控制系統(tǒng)設計 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 217
　　　5.2.1　分級遞階控制系統(tǒng) 217
　　　5.2.2　模糊控制系統(tǒng) 219
　　　5.2.3　神經網絡控制系統(tǒng) 220
　　　5.2.4　專家控制系統(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)的硬件平臺設計 227
　　　5.3.1　概述 227
　　　5.3.2　常見控制系統(tǒng)硬件 229
　　　5.3.3　機器人控制系統(tǒng) 229
　5.4　智能制造裝備控制系統(tǒng)的軟件設計 232
　　　5.4.1　概述 232
　　　5.4.2　智能控制系統(tǒng)常用的軟件設計方法 234
　5.5　現代工業(yè)裝備自動控制技術 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　現場總線 250
　　　5.5.5　PC 數控 260
　　　5.5.6　先進控制技術方法 263
　5.6　PLC 控制系統(tǒng)設計 264
　　　5.6.1　PLC 控制系統(tǒng)的硬件設計 265
　　　5.6.2　PLC 控制系統(tǒng)的軟件設計 269
　　　5.6.3　PLC 系統(tǒng)的抗干擾設計 284
　　　5.6.4　PLC 系統(tǒng)的調試 285
　5.7　電氣控制系統(tǒng)設計 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　常用保護環(huán)節(jié) 288
　　　5.7.4　故障維修 289
　5.8　本章小結 290

第6 章　智能物聯網機電裝備系統(tǒng)的設計 291 　
　6.1　物聯網概述 292
　　　6.1.1　物聯網的主要功能 294
　　　6.1.2　物聯網的關鍵技術 295
　　　6.1.3　物聯網的應用 297
　6.2　物聯網架構 308
　6.3　物聯網的終端 310
　　　6.3.1　物聯網終端的概念 310
　　　6.3.2　物聯網終端的基本原理及作用 310
　　　6.3.3　物聯網終端的分類 310
　　　6.3.4　物聯網終端的標準化 313
　6.4　物聯網技術在裝備中的應用 313
　6.5　機電裝備物聯網設計 316
　　　6.5.1　概述 316
　　　6.5.2　物聯網平臺架構設計過程 316
　6.6　本章小結 319

第7 章　具有復雜工藝與高性能運動要求的工業(yè)裝備系統(tǒng) 320 　
　7.1　案例一　中空玻璃全自動涂膠機開發(fā) 320
　　　7.1.1　中空玻璃全自動涂膠機機械本體設計 321
　　　7.1.2　中空玻璃全自動涂膠機驅動系統(tǒng)設計 323
　　　7.1.3　中空玻璃全自動涂膠機控制系統(tǒng) 324
　　　7.1.4　中空玻璃全自動涂膠機下位控制 338
　7.2　案例二　全自動立式玻璃磨邊機開發(fā) 343
　　　7.2.1　全自動立式玻璃磨邊機機械本體設計 343
　　　7.2.2　全自動立式玻璃磨邊機控制系統(tǒng)設計 348

附錄　2015 年全國智能制造試點示范典型經驗 349 　
　附錄一：2015 年全國智能制造試點示范典型經驗（一）——九江石化建設智能工廠， 培育核心優(yōu)勢 349
　附錄二：2015 年全國智能制造試點示范典型經驗（二）——濰柴以智能制造推動企業(yè)快速發(fā)展 351
　附錄三：2015 年全國智能制造試點示范典型經驗（三）——海爾智能制造創(chuàng)新實踐 352
　附錄四：2015 年全國智能制造試點示范典型經驗（四）——長虹以大規(guī)模個性化定制驅動產業(yè)智能轉型 354
　附錄五：2015 年全國智能制造試點示范典型經驗（五）——和利時用智能控制系統(tǒng)助力制造業(yè)轉型升級 355

參考文獻 358