機(jī)械制造業(yè)智能工廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

本書(shū)針對(duì)機(jī)械工業(yè)兩化融合的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題，提出機(jī)械制造業(yè)智能工廠(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的通則、總體框架。主要包括：智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能經(jīng)營(yíng)、智能服務(wù)、智能生產(chǎn)、智能決策6個(gè)部分，每個(gè)部分闡述了現(xiàn)狀、問(wèn)題、設(shè)計(jì)目標(biāo)、總體框架、主要內(nèi)容、智能化的要素、集成接口等。在大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，結(jié)合智能決策，介紹了大數(shù)據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及其在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用。最后還闡述了企業(yè)如何構(gòu)建信息化和工業(yè)化融合的管理體系，保證智能工廠(chǎng)的建設(shè)順利進(jìn)行。

面對(duì)新一輪工業(yè)革命，機(jī)械制造企業(yè)必須以?xún)苫诤蠟橹骶€(xiàn)，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為突破，以轉(zhuǎn)型升級(jí)為契機(jī)，以智能制造為主攻方向，制定企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和智能制造規(guī)劃。本書(shū)為機(jī)械制造企業(yè)編制智能制造發(fā)展規(guī)劃提供參考模型。本書(shū)可供制造業(yè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、首席信息官，企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、兩化融合規(guī)劃、智能制造規(guī)劃與實(shí)施的人員閱讀，也可以供兩化融合服務(wù)供應(yīng)商參考。 2100433B

發(fā)展低成本自動(dòng)化技術(shù)，潛力大，前景廣，投資省，見(jiàn)效快，提高自動(dòng)化程度，可以收到事半功倍的經(jīng)濟(jì)效果，適合我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國(guó)情。20 世紀(jì)下半頁(yè)，日本豐田汽車(chē)集團(tuán)首創(chuàng)的精節(jié)生產(chǎn)LP( Lean Production) 模式, 就是以最小的投入, 取得最大的產(chǎn)量的具體表現(xiàn)。借鑒國(guó)外發(fā)展機(jī)械制造業(yè)低成本自動(dòng)化技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)是有益的。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)各企業(yè)有大量的通用設(shè)備, 在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí), 應(yīng)以原有的設(shè)備為主, 合理調(diào)整機(jī)床布局, 添加少量的數(shù)控設(shè)備, 引入CAD/CAM技術(shù), 充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)和人的創(chuàng)造性, 共同構(gòu)成一個(gè)以人為中心, 以信息自動(dòng)化為先導(dǎo)、樹(shù)立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng), 為我國(guó)機(jī)械制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供了一條投資少、見(jiàn)效快、效益高、符合我國(guó)國(guó)情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在發(fā)展中循序漸進(jìn)的搞好制造業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是需要每一個(gè)企業(yè)家和國(guó)家共同努力完成。

實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化是一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由不完善到完善的發(fā)展過(guò)程。當(dāng)機(jī)械的操作采用自動(dòng)控制器后, 生產(chǎn)方式才從機(jī)械化逐步過(guò)渡到機(jī)械控制( 傳統(tǒng)) 自動(dòng)化、數(shù)字控制自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化。只有建立了自動(dòng)化工廠(chǎng)后, 生產(chǎn)過(guò)程才能全盤(pán)自動(dòng)化,才能使生產(chǎn)率全面提高, 達(dá)到自動(dòng)化的高級(jí)理想階段。

中國(guó)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程, 不可能一蹴而就。當(dāng)前, 中國(guó)機(jī)械制造業(yè)同世界先進(jìn)水準(zhǔn)也存在階段性差距。在我國(guó)這種國(guó)情下, 普遍發(fā)展應(yīng)用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的“全盤(pán)自動(dòng)化”或“高度自動(dòng)化”, 并不具備必要的基礎(chǔ)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和投資能力。因此, 要不要普遍發(fā)展全盤(pán)自動(dòng)化或高度自動(dòng)化CIMS 技術(shù), 一定要慎重行事。而且全盤(pán)自動(dòng)化或高度自動(dòng)化的CIMS 技術(shù)也并非我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急, 只能列為機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。應(yīng)該發(fā)展工藝成熟的大批量生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)。我國(guó)現(xiàn)階段, 在產(chǎn)品數(shù)量較大的同類(lèi)產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)的切削加工生產(chǎn)中, 自動(dòng)化設(shè)備仍然是半自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床及其組成的自動(dòng)線(xiàn)、回轉(zhuǎn)體零件加工自動(dòng)線(xiàn)等。而在大批量的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理和裝配等生產(chǎn)中, 采用剛性自動(dòng)化( 自動(dòng)單機(jī)和自動(dòng)線(xiàn)) 則是合理可行的, 能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益; 對(duì)于品種稍多的成批生產(chǎn), 應(yīng)采用由快速重新調(diào)整的設(shè)備組成成組工段或流水線(xiàn)、可更換主軸箱組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)、短自動(dòng)線(xiàn)和復(fù)合制造單元, 實(shí)現(xiàn)成組自動(dòng)化; 而單件小批量生產(chǎn), 應(yīng)從推廣成組技術(shù)入手, 適當(dāng)發(fā)展采用數(shù)控機(jī)應(yīng)酬或加工中心, 有針對(duì)性地建立一些柔性制造單元FMC( Flexible Manu- facturing Cell) , 可取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

第1章智能工廠(chǎng)概述 1

1.1 智能工廠(chǎng)的定義與特征 1

1.1.1 智能工廠(chǎng)的定義 1

1.1.2 智能工廠(chǎng)的特征 2

1.1.3 智能工廠(chǎng)的企業(yè)建模理論 3

1.1.4 智能工廠(chǎng)設(shè)備的配置原則 6

1.1.5 智能工廠(chǎng)設(shè)備的技術(shù)特征 8

1.2 智能工廠(chǎng)設(shè)備常見(jiàn)算法 9

1.2.1 模糊控制算法 9

1.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）算法 11

1.2.3 粒子群（PSO）算法 16

第2章智能工廠(chǎng)電源配置研究 23

2.1 電力負(fù)荷預(yù)測(cè) 23

2.1.1 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的意義 23

2.1.2 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型 24

2.1.3 基于Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè) 28

2.2 逆變電源的最優(yōu)控制 32

2.2.1 逆變電源控制的難點(diǎn) 32

2.2.2 單相全橋逆變器的工作原理 33

2.2.3 狀態(tài)反饋精確線(xiàn)性化 34

2.2.4 Matlab仿真結(jié)果分析 37

2.3 分布式電源的處理方法 38

2.3.1 PV型電源節(jié)點(diǎn)處理方法 38

2.3.2 PI型電源節(jié)點(diǎn)處理方法 40

2.3.3 弱環(huán)網(wǎng)的處理 41

2.4 電池模型與配置 42

2.4.1 電池壽命實(shí)時(shí)估算算法 42

2.4.2 仿真結(jié)果 44

第3章智能工廠(chǎng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)配置研究 48

3.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的脈寬調(diào)制技術(shù) 48

3.1.1 脈寬調(diào)制技術(shù)原理 48

3.1.2 正弦脈寬調(diào)制基本原理 50

3.1.3 單極性PWM調(diào)制與雙極性PWM調(diào)制 53

3.1.4 異步調(diào)制和同步調(diào)制 55

3.1.5 三相逆變輸出器的電壓和波形的SPWM控制 56

3.2 單電機(jī)變頻器的配置研究 58

3.2.1 SVPWM調(diào)制技術(shù)原理 58

3.2.2 SVPWM算法實(shí)現(xiàn) 61

3.2.3 基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 64

3.2.4 基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真研究 66

3.3 雙電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的配置研究 70

3.3.1 雙電機(jī)控制案例 70

3.3.2 雙變頻系統(tǒng)的模型分析 73

3.3.3 通用變頻器共直流母線(xiàn)方案 80

3.3.4 雙電機(jī)變頻器的兩種連接方法 82

第4章智能工廠(chǎng)PID控制設(shè)備配置研究 84

4.1 PID控制概述 84

4.1.1 模擬PID控制和數(shù)字PID控制 84

4.1.2 模糊PID控制 87

4.1.3 神經(jīng)元PID控制 93

4.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流量PID控制 98

4.2.1 流量控制系統(tǒng)分析 98

4.2.2 模糊PID控制面臨的問(wèn)題 98

4.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制面臨的問(wèn)題 100

4.2.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的解決思路 104

4.3 電液伺服控制系統(tǒng)的PID控制 105

4.3.1 電液伺服控制系統(tǒng)分析 105

4.3.2 液壓缸傳遞函數(shù)的確定 106

4.3.3 電液伺服閥傳遞函數(shù)的確定 107

4.3.4 RBF在線(xiàn)辨識(shí)與PID參數(shù)自適應(yīng)整定 108

4.4 基于PSO-PID的凈水加藥自動(dòng)控制 114

4.4.1 凈水加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 114

4.4.2 PSO-PID算法 115

第5章智能工廠(chǎng)機(jī)器人配置研究 121

5.1 機(jī)器人概述 121

5.1.1 機(jī)器人的定義 121

5.1.2 智能工廠(chǎng)中的機(jī)器人技術(shù) 123

5.1.3 六自由度多關(guān)節(jié)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 124

5.2 移動(dòng)機(jī)器人的配置研究 131

5.2.1 移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境模型的建立 131

5.2.2 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的粒子群算法 133

5.2.3 移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃的蟻群算法 136

5.3 多關(guān)節(jié)機(jī)器人的配置研究 142

5.3.1 多關(guān)節(jié)機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型 142

5.3.2 多關(guān)節(jié)機(jī)器人的滑?？刂?143

第6章智能工廠(chǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置研究 150

6.1 藍(lán)牙技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)配置 150

6.1.1 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 150

6.1.2 智能工廠(chǎng)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的跳頻技術(shù) 152

6.1.3 藍(lán)牙協(xié)議棧 157

6.1.4 智能工廠(chǎng)藍(lán)牙應(yīng)用模式 160

6.2 WiFi技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)配置 162

6.2.1 WiFi協(xié)議的基本內(nèi)容 162

6.2.2 WiFi網(wǎng)絡(luò)的組成元件與類(lèi)型 163

6.2.3 WiFi網(wǎng)絡(luò)的OFDM調(diào)制技術(shù) 164

6.2.4 WiFi網(wǎng)絡(luò)的大尺度衰落 166

6.2.5 WiFi網(wǎng)絡(luò)的小尺度衰落 169

6.2.6 智能工廠(chǎng)WiFi信道的建模 171

6.3 超寬帶技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)配置 174

6.3.1 超寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)的主要特點(diǎn) 174

6.3.2 超寬帶系統(tǒng)的脈沖成形技術(shù) 176

6.3.3 超寬帶脈沖調(diào)制技術(shù) 177

6.3.4 超寬帶系統(tǒng)多址技術(shù) 179

6.4 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)配置 182

6.4.1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 182

6.4.2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 184

6.4.3 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 186

參考文獻(xiàn) 189