智能制造是世界各国发展先进制造技术与产业的战略性制高点，为我国从制造大国跨越为制造强国提供了开道超车、跨越发展的重大历史机遇。本书由丁汉院士智能制造科普工作室牵头，依托作为湖北省科普教育基地的华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室的研究成果编撰而成，凝聚了实验室及科普工作室多位专家学者的科研成果和心得体会，发挥了科普工作室及科普教育基地的科学普及作用。 全书分为智能制造的衍生与发展、智能制造的核心技术、智能制造的发展趋势、智能机器人实践案例4篇，具体包括：第1章智能制造的描述、第2章智能制造的发展历程、第3章智能制造的体系架构、第4章数字化制造、第5章人工智能、第6章机器人、第7章数字孪生、第8章智能制造的未来趋势、第9章智能机器人实践一之避障小车和擂台机器人、第10章智能机器人实践二之智能搬运机器人。作者以通俗易懂的语言结合融媒体的方式，将智能制造的前沿技术及应用系统全面地呈现给读者。
走进《智能制造之旅》，一场科技与智慧的探险即将开始。本书由丁汉院士智能制造科普工作室倾力打造，为青少年揭开智能制造的神秘面纱，带领大家领略科技前沿的魅力。**智造起源，探寻发展脉络** 什么是制造？什么是智能？？如何理解智能制造？？，带着这三个问题出发，书中讲述了智能制造的衍生与发展，从工业革命的起源到现代智能制造的崛起，让读者深入了解智能制造的历史背景与演进过程。**技术解析，揭秘智造核心**数字化制造、人工智能、机器人、数字孪生……这些看似高深莫测的词汇，在《智能制造之旅》中变得通俗易懂。本书详细解析了智能制造的核心技术，让读者轻松了解科技前沿知识。**预见未来，把握智造趋势**智能制造将如何改变我们的生活？未来的制造业又将走向何方？本书深入剖析智能制造的发展趋势，帮助青少年预见未来，激发创新思维。**实践案例，体验智造魅力**书中还包含了丰富的智能机器人实践案例，让读者在理论知识的基础上，通过实际操作感受智能制造的魅力，每一个案例都充满了趣味性和启发性。**通俗易懂，图文并茂** 本书*大的特点是通俗易懂、图文并茂。无论是对科技充满好奇的孩子，还是对智能制造感兴趣的成年人，都能从中获得愉快的阅读体验。
序言 制造业是我国国民经济主体和国家综合实力的根本保障，我国制造业规模从2010年开始已连续14年位居世界第一。就规模而言，我国已是制造大国。然而，自20世纪80年代末开始，我国芯片、半导体等关键核心技术领域发展出现瓶颈。智能制造是实现我国制造业跨越式进步、抢占制造技术制高点的突破口。 智能制造实现的关键还是在于人才培养，尤其是卓越工程师的培养。当前，我国高校工程教育规模居世界第一，但高中工程教育尚显不足。高中阶段，同学们缺乏动手实践能力、创新能力提升方面的锻炼，缺乏对工程科学、技术科学的浓厚兴趣，缺乏基本的工程素养。这也导致同学们在进入大学后，难以快速适应工程专业交叉学科的学习。 为了填补高校工程教育和高中工程教育衔接的空白，实现对同学们的启智增慧、培根铸魂，我们也做了一些摸索和尝试。2021年，高中工程教育太湖论坛会议在无锡召开。华中科技大学面向江苏省锡山高级中学、华中师范大学第一附属中学创建了AI 机器人科普教学基地，并在每年定期讲授AI 机器人课程。这些举措，在同学们中间引起了较大反响，促进了同学们对人工智能、机器人等前沿领域的认识与理解。 智能制造的核心技术包含数字化制造、人工智能、机器人、工业互联网、数字孪生等。为了让同学们更清晰地理解智能制造，并对人工智能和机器人等知识有一个全面把握，《智能制造之旅》应运而生。该书注重结合案例进行科普性讲述，同时配套动手实践内容，引导同学们快速理解智能制造的核心技术，比较适合做高中生的工程科学启蒙书。 同学们，未来的制造业呼唤工程科学、技术科学人才，希望更多的你们选择工程专业，为我们国家高水平科技自立自强贡献力量！中国科学院院士丁汉2024年1月前言 在这个科技飞速发展的时代，制造业正融合互联网、大数据和人工智能等新一代信息技术，形成全新的发展模式，推动制造向智能制造转型升级。如今，全球市场经济交流合作规模空前庞大，全球经济的竞争不再仅仅局限于高效率的生产流程、高品质的商品货物，还拓展到了服务业态当中，而智能制造赋予了企业更多与消费者互动的机会，企业可以通过智能化的售后服务、定制化的产品体验等方式，与消费者建立更加紧密的关系，提升用户满意度。与此同时，绿色低碳的可持续发展理念逐渐成为共识，优化生产流程和利用先进的环保技术可以实现资源的有效配置和能源的节约利用。智能新技术正在从各个领域推动制造业发展，掀起世界范围内的新一轮工业革命。 2015年，国务院正式发布了《中国制造2025》，确立了以推进智能制造为主攻方向的行动纲领。为了完善多层次多类型人才培养体系，本书旨在向同学们介绍现代先进制造技术的现状和发展态势，以及当前智能制造领域的重要概念与研究热点。力求以通俗易懂、图文并茂的形式向同学们深入浅出地描绘当代高端制造行业的整体格局、核心技术、发展前景和典型案例。引导同学们多角度、全方位地了解和认识智能制造技术及其相关应用，厚植同学们对工程科学与技术科学的兴趣，为大中工程教育衔接奠定基础。 本书共分为4篇10章，其中：第1篇介绍智能制造的衍生与发展，包含第1、2、3章；第2篇介绍智能制造的核心技术，包含第4、5、6、7章；第3入世介绍智能制造的发展趋势，包含第8章；第4篇介绍智能机器人实践案例，包含第9、10章。 第1章智能制造的描述，阐述了智能与制造的概念，总结了智能制造的内涵。 第2章智能制造的发展历程，回顾了制造业从自动化到数字化再到智能化的发展历程，指出了传统工业强国的新时代发展框架对我国工业发展的启示。 第3章智能制造的体系架构，构建了智能制造体系框架，总结了数字化制造、人工智能、机器人、数字孪生、工业互联网五大核心技术，与制造资源的虚拟网络化、人机交互性、自分析/自学习和自维护三大特征。 第4章数字化制造，讲述了数字化制造的概念与发展历史，并通过波音飞机数字化制造典型案例，直观地介绍了数字化制造的关键技术及其效果。 第5章人工智能，解释了人工智能的由来，介绍了人工智能的发展历史和核心技术，对人工智能的主要任务与应用场景进行了探讨。 第6章机器人，阐述了机器人的内涵，介绍了机器人的发展历史和核心模块组成，并通过典型应用案例展示了机器人在多种任务场合中的实用性与优越性。 第7章数字孪生，揭示了数字孪生以虚控实的本质，探讨了建模技术、可视化技术、边缘计算技术等核心技术。 第8章智能制造的未来趋势，对智能制造的发展前景进行了展望，介绍了人信息物理系统、人-机-环境共融和未来工厂三个发展方向。 第9、10章智能机器人实践，介绍了避障小车、擂台机器人和智能搬运机器人的搭建步骤、调试流程和操作方法，为同学们积累机器人开发经验、提升学习兴趣提供帮助。 本书第1、2、3、4、6、8章由赵欢编著，第5、7章由张永编著，第9、10章由李娟编著。本书在撰写期间也得到了创首科技(武汉)有限公司、北京博创尚和科技有限公司的大力支持，在此表示诚挚感谢。 智能制造涉及的领域广泛，技术发展迅速。受限于编者视野和理论水平，书中难免存在错漏之处，敬请广大读者指正，以便后期校正修订。赵欢2024年1月
华中科技大学教授、博士生导师。担任智能制造装备与技术国家重点实验室主任助理、全国机器人标准化技术委员会委员、中国机械工程学会机器人分会委员等学术职务。主要从事机器人加工与装配、医疗手术机器人技术的研究。入选*青年人才（2019年）、湖北省杰青（2020年）、华中科技大学十佳青年教工，上银优秀机械博士论文银奖、上海市优秀博士论文奖获得者。获评湖北省高等学校教学成果一等奖、华中科技大学教学质量优秀奖一等奖、校教学竞赛一等奖、校我*喜爱的教师班主任。参与撰写的教材《机器人学：建模、控制与视觉》获得全国优秀教材一等奖、第五届中国出版政府奖、湖北省第四届出版政府奖。 科研方面，先后主持国家自然科学基金3项（重大项目课题、重大研发计划培育项目、青年基金项目各1项）、国家重点研发计划课题/子任务各1项、军委装备发展部预研共用技术课题1项、武汉市卡脖子技术重大专项课题1项、湖北省自然科学基金重点项目（杰青）1项。获2022年机械工业科学技术奖技术发明特等奖（3/30）、2018年江苏省科学技术一等奖（8/11）、2014年上银优秀机械工程博士论文奖银奖、2015年上海市优秀博士论文、2019年机械工程学报第三届高影响力论文奖、中国科协第六届优秀论文。
第1章智能制造的描述/3
1.1什么是制造/3
1.1.1制造的含义/3
1.1.2制造的发展简史/5
1.2什么是智能/9
1.2.1智能的含义/9
1.2.2智能的外在体现/13
1.3如何理解智能制造/16
参考文献/19
第2章智能制造的发展历程/22
2.1智能制造的发展简史/22
2.2智能制造的发展现状/27
2.3我国智能制造发展所得到的启示/41
参考文献/43
第3章智能制造的体系架构/44
3.1智能制造的核心技术/44
3.1.1数字化制造与人工智能/45
3.1.2机器人/52
3.1.3工业互联网与数字孪生/57
3.2智能制造的特征与技术总结/63
3.2.1智能制造的特征/63
3.2.2智能制造的技术总结/63
参考文献/63
第2篇智能制造的核心技术
第4章数字化制造/67
4.1什么是数字化制造/67
4.1.1数字化的含义/67
4.1.2数字化制造的概念/68
4.1.3数字化制造的架构和特征/70
4.2数字化制造的发展历史/78
4.2.1起步阶段/78
4.2.2发展阶段/79
4.2.3未来发展趋势/85
4.3数字化制造的典型案例/87
4.3.1波音飞机的数字化制造/87
4.3.2飞机数字化制造的关键技术/90
4.3.3总结/93
参考文献/93
第5章人工智能/94
5.1什么是人工智能/94
5.2人工智能的发展历史/96
5.2.1人工智能的起源/96
5.2.2人工智能的发展历程/96
5.3人工智能的核心技术/101
5.3.1计算机视觉/102
5.3.2自然语言处理/106
5.3.3人工智能芯片/106
5.4人工智能在智能制造中的典型应用案例/109
5.4.1锂电池健康评估/109
5.4.2晶圆缺陷模式识别/112
5.4.3智能优化调度/113
参考文献/115
第6章机器人/116
6.1什么是机器人/116
6.1.1认识机器人/117
6.1.2机器人分类/119
6.2机器人的发展历史/121
6.2.1国外机器人发展史/122
6.2.2国内机器人发展史/125
6.2.3现代机器人介绍/127
6.3机器人的核心组成/129
6.3.1机器人驱动/131
6.3.2机器人感知/138
6.3.3机器人控制/145
6.4典型应用案例/150
6.4.1航空发动机叶片打磨机器人/150
6.4.2大型风电叶片打磨机器人/152
6.4.3AGV:自动导引车/153
6.4.4ChatGPT：聊天机器人/154
参考文献/155
第7章数字孪生/157
7.1什么是数字孪生/157
7.2数字孪生的发展历史/158
7.3数字孪生的核心技术/160
7.3.1建模技术/160
7.3.2可视化技术/162
7.3.3边缘计算技术/166
7.4数字孪生在智能制造中的应用案例/169
7.4.1基于数字孪生技术的航空机电产品装配/169
7.4.2基于数字孪生技术的风机智能运维/171
7.4.3基于数字孪生技术的机床加工/174
参考文献/175
第3篇智能制造的发展趋势
第8章智能制造的未来趋势/179
8.1人信息物理系统/179
8.1.1HCPS的进化过程/179
8.1.2HCPS 2.0的技术体系/183
8.1.3HCPS 2.0的技术应用/185
8.1.4HCPS 2.0面临的挑战/186
8.2人机环境共融/188
8.2.1人机环境共融的内涵/188
8.2.2人机环境共融的关键技术/192
8.2.3人机环境共融的应用案例/195
8.3未来工厂/198
8.3.1未来工厂的概念/198
8.3.2未来工厂的关键技术/198
8.3.3未来工厂的特点/200
8.3.4未来工厂的应用场景/202
参考文献/204
第4篇智能机器人实践案例
第9章智能机器人实践一之避障小车和擂台机器人/207
9.1避障小车/207
9.1.1场地和要求/207
9.1.2器材/209
9.1.3底盘与车轮搭建/209
9.1.4传感器支架搭建/211
9.1.5组装与连线/211
9.1.6软件及驱动安装/214
9.1.7初步调试/216
9.1.8示例程序分析及烧写/224
9.1.9思考题/231
9.2擂台机器人/231
9.2.1场地和要求/232
9.2.2器材和工具/232
9.2.3机器人搭建/233
9.2.4调试与接线/238
9.2.5示例程序分析/242
参考文献/245
第10章智能机器人实践二之智能搬运机器人/246
10.1VEX V5机器人套件简介/246
10.2智能搬运机器人搭建/246
10.2.1器材/247
10.2.2底盘搭建/247
10.2.3机械臂搭建/256
10.3图形化编程/261
10.3.1抬升机械臂/261
10.3.2简单任务练习/263
10.4加装视觉传感器/264
参考文献/266
附录术语中英文对照/267
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