智能产线：从数字化到智能化

1.系统性搭建知识：从数字化基础到智能化核心，清晰展现智能产线全栈技术架构与演进逻辑，帮你构建完整知识体系。
2.前沿融合与实战指南：深度解析AI、数字孪生等技术与工业场景的融合路径，并通过多行业真实案例，提供可落地的解决方案。
3.面向实践，双效合一：语言清晰，图文并茂，既适合作为高校参考教材，也可为工程师提供即学即用的项目指导。

《智能产线：从数字化到智能化》系统阐述了从数字化到智能化产线的演进路径、核心技术体系与行业实践应用，全面覆盖智能产线的规划、设计、实施与优化全流程。内容从数字化与智能化产线的本质区别切入，深入解析工业无线传感器网络、MES/APS/ERP集成系统、柔性生产线规划、工业机器人集成、人工智能与机器视觉、数字孪生等关键技术与系统设计，并融合青岛啤酒、汽车总装、航空液压、集装箱码头等典型行业案例，突出“技术驱动+场景落地”的双重特色。本书强调系统性、前沿性与实践性，不仅构建了从感知层、网络层到应用层的完整技术架构，而且注重多技术融合与工程实践，为制造业智能化转型提供了兼具理论高度与实操价值的综合指南。
本书适合制造业智能化转型过程中的各类专业人士、学习者与决策者阅读，也可以供高校与科研机构师生使用。

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第1章 从数字化产线到智能化产线 1
1.1 数字化产线VS智能化产线 2
1.1.1 数字化产线的特征 2
1.1.2 智能化产线的特征 3
1.1.3 技术层面的区别 5
1.1.4 功能层面的区别 6
1.1.5 应用层面的区别 8
1.2 案例：青岛啤酒智能化产线建设 9
1.2.1 数字化、全流程质量管控 9
1.2.2 基于3D建模的仓储建设 11
1.2.3 智能化驱动的拉动式生产 12
1.2.4 基于数据共享的仓储管理 14
1.2.5 智能监测设备分析及预警 14
1.2.6 构建智能化能源控制系统 15
1.2.7 污水排放智能检测及报警系统 16
1.2.8 青岛啤酒的项目实施成效 17

第2章 工业无线传感器网络 19
2.1 工业无线传感器网络的演变 20
2.1.1 无线传感器网络概述 20
2.1.2 工业无线传感器网络概述 22
2.1.3 认知工业无线传感器网络 24
2.2 工业无线传感器网络的特征 26
2.2.1 能量采集 26
2.2.2 频谱资源 28
2.2.3 实时性与复原力 29
2.2.4 多源异构数据融合 30
2.3 认知工业无线传感器网络协议 30
2.3.1 传感器网络MAC协议 30
2.3.2 捕获效应的机制分析 32
2.3.3 TO协议的设计与分析 33
2.4 工业无线传感器网络架构设计 34
2.4.1 开放平台通信的统一架构 34
2.4.2 MQTT 35
2.4.3 使用MQTT增强OPC UA的功能 36

第3章 智能产线关键系统设计 38
3.1 智能产线MES系统设计 39
3.1.1 MES系统的总体设计 39
3.1.2 MES系统的功能模块 41
3.1.3 MES系统的技术应用 42
3.2 APS与ERP的集成设计及实现 44
3.2.1 APS与ERP系统基本概述 44
3.2.2 APS与ERP系统集成框架 45
3.2.3 APS与ERP系统集成实施 46
3.2.4 APS与ERP系统集成技术 48
3.3 智能产线实时监控系统设计 49
3.3.1 实时监控系统基本概述 49
3.3.2 实时监控系统总体架构 51
3.3.3 数据采集、传输与处理技术 52
3.3.4 核心模块与关键技术 54
3.3.5 实时监控系统未来发展 55

第4章 柔性生产线规划与设计 57
4.1 柔性自动化生产线多模块设计 58
4.1.1 加工检测模块设计 58
4.1.2 供料模块设计 60
4.1.3 驱动模块设计 61
4.1.4 控制模块设计 62
4.1.5 多模块程序设计 63
4.2 柔性生产线智能控制系统设计 64
4.2.1 总体结构与流程设计 64
4.2.2 电气控制系统设计 66
4.2.3 气动控制系统设计 66
4.2.4 供电系统设计 67
4.2.5 工作单元设计 68
4.3 FMS柔性生产线仿真技术 70
4.3.1 FMS柔性生产线设计 70
4.3.2 建模仿真与结果分析 71
4.3.3 建模仿真的应用工具 73

第5章 基于工业机器人的智能产线 75
5.1 基于工业机器人的智能产线设计 76
5.1.1 智能产线的产品工艺流程 76
5.1.2 智能产线各单元选型与设计 77
5.1.3 智能制造设备监控管理系统 81
5.1.4 生产线建模仿真与调试 83
5.2 机器人焊接生产线的布局与设计 84
5.2.1 焊接机器人的应用形式 84
5.2.2 产能计算及节拍确定 87
5.2.3 主线输送方式选择 87
5.2.4 工序拆分及工位数确定 89
5.2.5 侧围总成输送方式 89
5.2.6 总拼工位结构方式 90
5.2.7 平面布置及仿真验证 91
5.3 激光视觉焊缝跟踪技术的应用 91
5.3.1 焊缝识别与自动跟踪技术 91
5.3.2 焊缝图像分析与处理技术 93
5.3.3 机器人焊接智能产线设计 94

第6章 基于人工智能的产线设计 98
6.1 基于AI的智能产线设计与实施 99
6.1.1 智能产线中的AI技术应用 99
6.1.2 AI生产线系统的方案设计 101
6.1.3 AI生产线系统的方案实施 103
6.2 基于机器视觉的智能分拣系统 105
6.2.1 机器视觉子系统设计 105
6.2.2 控制系统的硬件设计 107
6.2.3 执行机构子系统设计 109
6.2.4 数据管理子系统设计 110
6.3 基于工业大模型的智能产线应用 111
6.3.1 AI大模型的基本概述 111
6.3.2 应用1：原理化研发 112
6.3.3 应用2：前瞻化设计 113
6.3.4 应用3：高效化仿真 114
6.3.5 应用4：精细化检测 115
6.3.6 应用5：智能化调控 116
6.3.7 应用6：科学化运维 117
6.3.8 AI大模型的未来展望 118

第7章 基于数字孪生的智能产线 120
7.1 智能制造的数字孪生概念模型 121
7.1.1 数字孪生的概念与组成 121
7.1.2 数字孪生概念模型要求 123
7.1.3 数字孪生概念模型架构 124
7.2 数字孪生总体架构与关键技术 127
7.2.1 数字孪生技术架构 127
7.2.2 数字孪生仿真技术 128
7.2.3 数字孪生建模技术 128
7.2.4 数据分析处理技术 130
7.3 数字孪生逻辑模型的构建方法 131
7.3.1 生产线仿真系统架构 131
7.3.2 逻辑模型的构建步骤 133
7.3.3 逻辑模型的生产行为 135
7.3.4 逻辑模型的实例验证 136
7.4 数字孪生智能产线设计与调试 140
7.4.1 产线数字化设计 140
7.4.2 物理模型的搭建 143
7.4.3 运动模型的搭建 144
7.4.4 电气模型的搭建 145
7.4.5 数字化虚拟调试 146

第8章 智能产线行业应用与实践 150
8.1 汽车总装生产线MES系统设计 151
8.1.1 系统网络模块 151
8.1.2 数据管理模块 153
8.1.3 ANDON模块 154
8.1.4 数据维护模块 156
8.2 航空液压产品的智能装配试验生产线 158
8.2.1 智能装配试验生产线的理念目标 158
8.2.2 智能装配试验生产线整体方案 160
8.2.3 智能装配试验生产线具体规划 161
8.3 集装箱智能码头系统设计与实践 164
8.3.1 智能码头系统主要功能 164
8.3.2 智能码头系统设计思路 165
8.3.3 智能码头系统架构设计 168
8.3.4 智能码头系统案例实践 169

参考文献 172