本書全面介紹了制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)框架,同時(shí),以案例為引導(dǎo)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)中的不同技術(shù)及各種技術(shù)在制造業(yè)人工智能系統(tǒng)中的作用與應(yīng)用進(jìn)行了介紹。全書分10章,內(nèi)容包括人工智能系統(tǒng)在制造業(yè)中的作用、增材制造、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、人工智能算法、數(shù)字孿生技術(shù)、沉浸式擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)。
本書以制造過程中數(shù)據(jù)流作為主線,詳細(xì)介紹了不同的新興技術(shù)在制造業(yè)人工智能系統(tǒng)中的作用,并且提供了豐富的應(yīng)用案例,從理論與實(shí)踐兩方面解決了與后續(xù)課程的銜接問題,具有系統(tǒng)性、實(shí)用性強(qiáng),內(nèi)容新穎的特點(diǎn)。
本書可作為普通高等院校機(jī)械工程、自動(dòng)化智能制造及人工智能等相關(guān)專業(yè)的本科生及研究生的教材,也可作為工程技術(shù)人員的參考用書。
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隨著科技革命與產(chǎn)業(yè)革命的深入推進(jìn),制造業(yè)作為立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基,在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的核心地位不斷凸顯。21 世紀(jì)以來,尤其是2008 年全球金融危機(jī)以后,發(fā)達(dá)國(guó)家特別是科技強(qiáng)國(guó)紛紛重新審視“去工業(yè)化”政策,包括制造業(yè)外包政策和“重服務(wù)輕制造”的思想,重振制造業(yè)成了各國(guó)經(jīng)濟(jì)政策和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)迭代升級(jí)的主旋律。
近幾年,我國(guó)加快制造業(yè)升級(jí)的腳步,將包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)作為未來制造業(yè)升級(jí)的重點(diǎn)突破對(duì)象。高端制造業(yè)的發(fā)展不能看成是低端制造業(yè)的簡(jiǎn)單延伸,而要通過制造業(yè)與人工智能技術(shù)的深度結(jié)合、制造技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合,對(duì)制造過程進(jìn)行迭代升級(jí),實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的跨越式發(fā)展。在制造業(yè)與人工智能技術(shù)的結(jié)合、制造技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合中,制造過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流在其中起著關(guān)鍵的作用。針對(duì)新興人工智能技術(shù)、信息技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合,本書提出了制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的概念。該系統(tǒng)以制造過程中的數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)制造過程具有對(duì)于信息自感知、自決策與自執(zhí)行的能力。
本書以智能化制造技術(shù)作為主線,介紹了人工智能系統(tǒng)在制造業(yè)中的應(yīng)用,著重講解了九種新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)(增材制造、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、人工智能算法、數(shù)字孿生技術(shù)、沉浸式擴(kuò)展現(xiàn)實(shí))在制造業(yè)中的應(yīng)用。九種新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù),以數(shù)據(jù)要素作為驅(qū)動(dòng),相互串聯(lián),從而實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的智能化。對(duì)于我國(guó)來說,加快制造業(yè)的智能化,是培育我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新動(dòng)能的必由之路,是搶占未來經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點(diǎn)的戰(zhàn)略選擇,對(duì)推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,打造我國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。
本書第1章主要介紹人工智能系統(tǒng)在制造業(yè)中的作用,以及制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的含義、系統(tǒng)的體系組成與框架結(jié)構(gòu)。第2章主要對(duì)增材制造技術(shù)進(jìn)行介紹,主要包括3D打印的定義、工藝過程、五種典型的3D打印技術(shù)(疊層制造技術(shù)、熔融沉積成形技術(shù)、立體光固化成形技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)、三維打印技術(shù))與3D打印材料。第3章主要對(duì)工業(yè)機(jī)器人的類型以及關(guān)鍵技術(shù)(傳感器、機(jī)械設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、導(dǎo)航與定位以及路徑規(guī)劃)進(jìn)行介紹。第4章主要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義、研究方向、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用進(jìn)行介紹。第5章主要介紹工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)、功能作用、核心技術(shù)與平臺(tái)架構(gòu),及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景與平臺(tái)案例。第6章主要對(duì)工業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行介紹,包括區(qū)塊鏈的概念,其在工業(yè)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)、機(jī)遇、挑戰(zhàn)與技術(shù)特點(diǎn),工業(yè)區(qū)塊鏈的技術(shù)體系與在制造業(yè)中的應(yīng)用。第7章主要對(duì)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的定義與特征、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的基礎(chǔ)技術(shù)及兩種技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。第8章對(duì)人工智能算法進(jìn)行了介紹,主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)算法的原理與方法,以及人工智能算法的應(yīng)用。第9章的內(nèi)容主要包括數(shù)字孿生技術(shù)的概念、意義及其應(yīng)用價(jià)值,數(shù)字孿生技術(shù)的體系架構(gòu)、系統(tǒng)組成、孿生模型、數(shù)字孿生的使能技術(shù)和數(shù)字孿生工具,以及數(shù)字孿生在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。第10章主要對(duì)兩種沉浸式擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了介紹,即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),主要內(nèi)容包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義與特征,兩者的區(qū)別、原理與系統(tǒng)組成,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
本書第1章由張青雷編寫,第2章和第3章由段建國(guó)編寫,第4章和第5章由秦際赟編寫,第6章和第7章由周瑩編寫,第8章由王琴編寫,第9章和第10章由劉震編寫。全書由張青雷統(tǒng)稿。
由于編者水平有限,書中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編者
前言
第1章人工智能系統(tǒng)在制造業(yè)中的
作用1
1.1制造業(yè)對(duì)人工智能的需求1
1.2人工智能概述2
1.2.1人工智能的定義2
1.2.2人工智能的發(fā)展歷程3
1.2.3人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域4
1.3制造業(yè)人工智能系統(tǒng)6
1.3.1制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的含義6
1.3.2制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的體系組成7
1.3.3制造業(yè)人工智能系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)9
第2章增材制造16
2.13D打印在生活與工業(yè)中的應(yīng)用16
2.1.13D打印在日常生活中的應(yīng)用16
2.1.23D打印在制造領(lǐng)域的應(yīng)用19
2.23D打印概述23
2.2.13D打印的定義23
2.2.23D打印的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀23
2.2.33D打印工藝過程24
2.33D打印主要技術(shù)25
2.3.1疊層制造技術(shù)25
2.3.2熔融沉積成形技術(shù)27
2.3.3立體光固化成形技術(shù)28
2.3.4選擇性激光燒結(jié)技術(shù)30
2.3.5三維打印技術(shù)33
2.43D打印材料35
參考文獻(xiàn)36
第3章工業(yè)機(jī)器人38
3.1工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)中的應(yīng)用38
3.2工業(yè)機(jī)器人概述43
3.2.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀44
3.2.2工業(yè)機(jī)器人的分類44
3.2.3工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)49
3.3工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)50
3.3.1傳感器部分50
3.3.2機(jī)械設(shè)計(jì)部分57
3.3.3程序設(shè)計(jì)部分61
3.3.4導(dǎo)航與定位62
3.3.5路徑規(guī)劃64
參考文獻(xiàn)67
第4章物聯(lián)網(wǎng)70
4.1身邊的物聯(lián)網(wǎng)70
4.2物聯(lián)網(wǎng)概述71
4.2.1物聯(lián)網(wǎng)的定義71
4.2.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程72
4.2.3物聯(lián)網(wǎng)的研究方向72
4.2.4物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)73
4.3物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)74
4.3.1感知層關(guān)鍵技術(shù)74
4.3.2網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)80
4.4物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用85
4.4.1物聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用85
4.4.2物聯(lián)網(wǎng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用86
參考文獻(xiàn)94
第5章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)96
5.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和生活的聯(lián)系96
5.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概述98
5.2.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景與歷程98
5.2.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)99
5.2.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能作用100
5.2.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)107
5.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系109
5.3.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)111
5.3.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)112
5.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景116
5.4.1工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用116
5.4.2企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的應(yīng)用117
5.4.3生產(chǎn)資源優(yōu)化配置的應(yīng)用117
5.4.4產(chǎn)品生命周期管理的應(yīng)用118
5.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例118
5.5.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用118
5.5.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用130
參考文獻(xiàn)139
第6章工業(yè)區(qū)塊鏈142
6.1區(qū)塊鏈與金融的聯(lián)系142
6.2工業(yè)區(qū)塊鏈概述143
6.2.1區(qū)塊鏈的概念143
6.2.2區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程145
6.2.3區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的
優(yōu)勢(shì)146
6.2.4區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的
機(jī)遇148
6.2.5區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中面臨的
挑戰(zhàn)149
6.2.6工業(yè)區(qū)塊鏈的技術(shù)特點(diǎn)151
6.3工業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)體系152
6.3.1區(qū)塊鏈系統(tǒng)的總體框架152
6.3.2區(qū)塊鏈的開源技術(shù)框架157
6.3.3工業(yè)區(qū)塊鏈的技術(shù)方向160
6.3.4工業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)工具平臺(tái)165
6.4工業(yè)區(qū)塊鏈的應(yīng)用案例174
6.4.1區(qū)塊鏈在飛機(jī)制造中的應(yīng)用175
6.4.2區(qū)塊鏈在汽車制造中的應(yīng)用176
參考文獻(xiàn)177
第7章大數(shù)據(jù)與云計(jì)算179
7.1身邊的大數(shù)據(jù)與云計(jì)算179
7.2大數(shù)據(jù)與云計(jì)算概述180
7.2.1大數(shù)據(jù)的定義與特征180
7.2.2大數(shù)據(jù)的發(fā)展歷史181
7.2.3云計(jì)算182
7.2.4大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的關(guān)系184
7.3大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)技術(shù)與分析技術(shù)184
7.3.1大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)技術(shù)184
7.3.2大數(shù)據(jù)分析技術(shù)188
7.4云計(jì)算基礎(chǔ)技術(shù)196
7.4.1虛擬機(jī)技術(shù)196
7.4.2云存儲(chǔ)技術(shù)197
7.5大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的應(yīng)用199
7.5.1大數(shù)據(jù)與云計(jì)算在制造業(yè)中的
應(yīng)用199
7.5.2大數(shù)據(jù)與云計(jì)算在其他行業(yè)中的
應(yīng)用200
參考文獻(xiàn)203
第8章人工智能算法205
8.1人工智能與生活205
8.2人工智能基礎(chǔ)算法206
8.2.1機(jī)器學(xué)習(xí)206
8.2.2深度學(xué)習(xí)214
8.3人工智能算法的應(yīng)用223
8.3.1人工智能算法在制造領(lǐng)域的
應(yīng)用223
8.3.2人工智能算法在其他領(lǐng)域的
應(yīng)用224
參考文獻(xiàn)225
第9章數(shù)字孿生技術(shù)227
9.1生活中的數(shù)字孿生227
9.2數(shù)字孿生概述228
9.2.1數(shù)字孿生的概念229
9.2.2數(shù)字孿生概念的不同形態(tài)230
9.2.3數(shù)字孿生的意義231
9.2.4數(shù)字孿生的發(fā)展背景與歷程232
9.2.5數(shù)字孿生的應(yīng)用價(jià)值234
9.3數(shù)字孿生基礎(chǔ)技術(shù)237
9.3.1數(shù)字孿生體系架構(gòu)237
9.3.2數(shù)字孿生系統(tǒng)組成238
9.3.3數(shù)字孿生模型239
9.3.4數(shù)字孿生使能技術(shù)240
9.3.5數(shù)字孿生工具246
9.4數(shù)字孿生在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用249
9.4.1數(shù)字孿生在產(chǎn)品全生命周期中的
應(yīng)用249
9.4.2數(shù)字孿生在分布式制造中的
應(yīng)用250
9.4.3數(shù)字孿生在先進(jìn)制造業(yè)企業(yè)中的
應(yīng)用253
參考文獻(xiàn)253
第10章沉浸式擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)255
10.1身邊的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)
技術(shù)255
10.1.1生活中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)255
10.1.2生活中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)256
10.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
概述257
10.2.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義與特征257
10.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義與特征258
10.2.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的
區(qū)別258
10.2.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的
發(fā)展歷史與現(xiàn)狀258
10.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
基礎(chǔ)263
10.3.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理263
10.3.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理266
10.3.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成271
10.3.4虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成272
10.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)275
10.4.1交互技術(shù)275
10.4.2顯示技術(shù)279
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