1、现 代 工 业 企 业 自 动 化 丛 书智 能 制 造 概 论曾 芬 芳 景 旭 文 等 编 著 白 英 彩 主 审清 华 大 学 出 版 社( 京 ) 新 登 字 158 号内 容 提 要本书 是 现 代 工业 企 业 自 动 化 丛 书 中 的 一 本 。本 书 主 要 介 绍 了 智 能 制 造 技 术 在 柔 性 制 造 系 统 和 CI MS 中 的 重 要 地 位 和 作 用 以 及 智 能 制 造 技 术 的 今 天 与未 来 。 内 容 包 括 专 家 系 统的 知 识 表 达 、 获 取 与 推 理 以 及 专 家 系 统的 开 发 , 神 经 网 络 的 基 本 模 型
2、和 神 经 网 络 专 家 系 统 , 智 能 制 造 环 境 下 的 产 品 建 模 以 及 智 能 CAD 系 统 的 设 计 , 智 能 化 工 艺 设 计 CA PP 系 统 中 零件 信 息 的 描 述 、 工 艺 知 识 的 获 取 与 处 理 , 制 造 过 程 中 的 智 能 监 视 、 诊 断 与 控 制 以 及 柔 性 装 配 等 制造 技 术 的 智 能 化 与 自 动 化 等 。本 书 主 要 面 向 工 矿 企 业 中 的 中 高 级 工 程 技 术 人 员 以 及 管 理 人 员 , 也 可 作 为 工 科 大 学 机 械 及 其 自 动化 等 专 业 的 教 材
3、或 参 考 书 。图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据智 能 制 造 概 论 / 曾 芬 芳 等 编 著 .北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 2001( 现 代 工 业 企 业 自 动 化 / 白 英 彩 主 审 )ISBN 7-302-04160-1 .智 .曾 .计 算 机 辅 助 制 造 .T P391 .73中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2000) 第 79145 号出 版 者 : 清 华 大 学 出 版 社 ( 北 京 清 华 大 学 学 研 大 厦 , 邮 编 100084)印 刷 者 : 清 华 大 学 印 刷 厂发 行 者 : 新 华
4、书 店 总 店 北 京 发 行 所开 本 : 787 1092 1/ 16 印 张 : 16 .5 字 数 : 374 千 字版 次 : 2001 年 4 月 第 1 版 2001 年 4 月 第 1 次 印 刷书 号 : ISB N 7-302-04160-1/ T P 2456印 数 : 0001 4000定 价 : 23 .00 元 现 代 工 业 企 业 自 动 化 丛 书 编 委 会名 誉 主 任 : 张 钟 俊 顾 问 : 吴 钦 炜 主 任 : 白 英 彩副 主 任 : 邵 世 煌 王 行 愚 吴 启 迪 孙 廷 才编 委 : ( 按 姓 氏 笔 划 )于 海 川 王 行 愚 白
5、 英 彩 孙 振 飞 孙 廷 才 江 志 道 刘 元 元 邵 世 煌 吴 启 迪 张 兆 琪 杨 德 礼 周 德 泽 柴 天 佑 虞 孟 起 魏 庆 福 序当 今 世 界 先 进 工 业 国 家 正 处 于 由 “工 业 经 济” 模 式 向 “ 信 息 经 济 ”模 式 转 变 的 时 期 , 其 中 技 术 进 步 因 素 起 着 极 为 重 要 的 作 用 , 它 在 经 济 增 长 中 占 70 % 80 % 。 “ 以 高 新 技 术 为 核 心 , 以 信 息 电 子 化 为 手 段 , 提 高 工 业 产 品 附 加 值 ”已 经 成 为 现 代 工 业 企 业 自 动 化 重
6、要 的发 展 目 标 。 从 我 国 经 济 发 展 史 来 看 , 其 工 业 经 济 增 长 主 要 是 依 靠 投 入 大 量 资 金 和 劳 动 力来 实 现 的 , 尚 未 充 分 发 挥 技 术 进 步 在 工 业 经 济 增 长 中 的 “ 二 次 效 益 倍 增 器” 的 作 用 。 “ 如 何 加 快 发 展 电 子 信 息 技 术 、 调 整 产 业 结 构 , 适 应 世 界 经 济 发 展 需 求” 是 当 前 我 国 工 业 企 业 自动 化 界 研 究 的 重 要 课 题 之 一 。工 业 自 动 化 是 一 门 应 用 学 科 , 它 主 要 包 括 单 机 系
7、统 自 动 化 、 工 业 生 产 过 程 自 动 化 和 工 业 系 统 管 理 自 动 化 等 三 个 方 面 。 企 业 自 动 化 包 括 企 业 生 产 管 理 信 息 电 子 化 、 信 息 处 理 的 自 动 化 以 及 网 络 化 。 现 代 工 业 企 业 自 动 化 涉 及 到 自 动 化 技 术 、 计 算 机 技 术 、 通 信 技 术 、 先 进 制 造 技 术 和 管 理 学 等 诸 多 学 科 , 它 需 要 各 学 科 的 专 家 和 工 程 技 术 人 员 通 力 合 作 , 从 而 形 成 “多 专 业 知 识 与 技 术 集 成” 的 现 代 工 业 自
8、动 化 发 展 思 路 。 目 前 工 业 企 业 自 动 化 系 统 主 要 呈 现 开 放 性 、 集 散 性 、 智 能 性 和 信 息 电 子 化 与 网 络 化 的 特 点 。 在 现 代 工 业 企 业 自 动 化 中 , 计 算 机 控 制 技 术 充 当 了 极 为 重 要 的 角 色 , 它 是 计 算 机 技 术 和 控 制 理 论 有 机 的 结 合 。 自 动控 制 理 论 的 发 展 是 伴 随 着 被 控 制 对 象 的 复 杂 性 、 不 确 定 性 等 因 素 的 研 究 成 果 而 发 展 的 , 它由 经 典 控 制 理 论 ( 频 域 方 法 ) 和 现
9、代 控 制 理 论 ( 时 域 方 法 ) 发 展 到 第 三 代 控 制 理 论 智 能 控 制 理 论 。 计 算 机 控 制 系 统 分 为 数 据 采 集 与 处 理 系 统 、 计 算 机 在 线 操 作 指 导 控 制 系 统 、 直 接 数 字 控 制 系 统 、 监 督 控 制 系 统 、 分 级 控 制 系 统 和 集 散 控 制 系 统 以 及 分 布 式 智 能 控 制 系 统 。 从 当 前 计 算 机 技 术 和 自 动 控 制 技 术 发 展 状 况 来 看 , 高 性 能 工 业 控 制 机 系 统 、 智 能 控 制 系 统 和 基 于 网 络 系 统 的 虚
10、拟 企 业 自 动 化 系 统 将 是 未 来 工 业 企 业 自 动 化 的 重 要 发 展 方 向 。 从 系 统 工 程 的 角 度 来 看 , 工 业 自 动 化 技 术 研 究 与 应 用 过 程 分 为 三 个 阶 段 : 自 动 化 技 术 研 究 阶 段 、 科 研 成 果 向 实 用 转 化 阶 段 和 产 品 应 用 阶 段 。 经 过 我 国 科 技 工 作 者 半 个 世 纪 卓有 成 效 的 研 究 , 在 自 动 化 技 术 研 究 与 应 用 方 面 取 得 可 喜 的 成 绩 , 并 给 我 国 的 工 业 自 动 化 事 业 带 来 了 深 刻 影 响 和 变
11、 革 , 产 生 了 巨 大 的 社 会 和 经 济 效 益 , 其 中 有 的 技 术 已 经 接 近 或 达 到 世 界 先 进 水 平 , 但 从 应 用 以 及 成 果 向 产 品 的 转 化 的 总 体 发 展 角 度 来 看 , 仍 存 在 着 一 些 问 题 , 仍 需 花 大 力 气 进 一 步 探 索 和 研 究 。 例 如 , 我 国 在 工 控 机 及 其 配 套 设 备 的 生 产 方 面 尚 需 进 一 步 构 成 规 模 经 济 ; 建 立 并 发 展 企 业 网 络 及 其 协 议 和 数 据 库 集 成 技 术 , 为 全 面 实 现 我 国 “金 企 工 程
12、”提 供 技 术 和 手 段 ; 开 发 系 列 的 工 控 机 软 件 包 、 实 时 操 作 系 统 , 以 提 高 工 控 机 系统 的 总 体 水 平 ; 充 分 运 用 以 工 控 机 为 核 心 的 电 子 信 息 技 术 来 改 造 我 国 各 类 传 统 工 业 的 工 装 设 备 及 产 品 ; 在 我 国 的 部 分 现 代 企 业 中 大 力 倡 导 推 行 M IS , MR P- 和 CI MS/ CIPS 以 及 信 息 网 络 系 统 , 以 提 高 企 业 管 理 水 平 和 竞 争 能 力 等 。 在 20 世 纪 40 年 代 , 计 算 机 刚 问 世 不
13、 久 , 它 的 应 用 除 在 军 事 、 政 要 部 门 之 外 , 主 要 是 在 各 传 统 工 业 领 域 的 应 用 。 在 60 年 代 70 年 代 , 各 国 的 工 业 计 算 机 应 用 极 为 普 遍 促 进 了 其 工 业 企 业 自 动 化 高 速 发 展 , 而 我 国 的工 业 企 业 自 动 化 非 但 没 有 大 踏 步 前 进 , 反 而 停 滞 不 前 。 到 了 90 年 代 这 个 问 题 就 显 得 十 分 严 重 了 , 因 此 我 们 必 须 “ 补 上 这 一 课” 。 我 们 编 写 了 现 代 工 业 企 业 自 动 化 丛 书 ( 目
14、前 暂 定 42 册 , 并 根 据 实 际 需 要 不 断 增 加 新 的 书 目 ) , 该 丛 书 内 容 既 包 括 工 业 生 产 过 程 自 动 化 , 又 包 括 现 代 企 业 管 理 自 动 化 技 术 , 如 基 于 总 线 工 控 机 系 统 、 工 程 数 据 库 、 CI MS/ CIPS 以 及 企 业 网 络 技 术 等 。 其 编 写 原 则 为 : 理 论 与 实 践 密 切 结 合 , 为 实 现 工 业 企 业 自 动 化 提 供 典 型 示 范 系 统 。 编 委 会 特 邀 请 了 国 内 在 该 领 域 有 扎 实 理 论 基 础 和 富 有 实 践
15、 经 验 的 专 家 分 别 承 担 各 分 册 的 编 审 任 务 , 以 期 在 向 读 者 展 示 国 内 外 相 关 技 术 的 最 新 成 果 和 发 展 动 态 的 同 时 , 提 供 解 决 现 代 企 业 自 动 化 的 思 路 、 方 法 、 技 术 和 设 备 等 。该 丛 书 以 工 程 技 术 人 员 为 主 要 读 者 对 象 。 我 们 相 信 该 丛 书 的 出 版 必 将 在 推 动 我 国 工 业 企 业 自 动 化 应 用 的 普 及 和 发 展 进 程 中 起 到 积 极 的 作 用 , 为 进 一 步 提 高 我 国 工 业 企业 自 动 化 水 平 做
16、 出 贡 献 。清 华 大 学 出 版 社 颇 具 魄 力 和 眼 光 、 高 瞻 远 瞩 , 及 时 提 出 组 稿 这 套 丛 书 的 任 务 , 他 们为 编 好 丛 书 做 了 认 真 、 细 致 的 准 备 工 作 , 并 为 该 丛 书 的 出 版 提 供 了 许 多 有 利 的 条 件 , 在 此 深 表 谢 意 。 同 时 对 于 参 加 各 分 册 编 审 任 务 的 专 家 、 学 者 所 付 出 的 艰 辛 劳 动 表 示 衷 心 感 谢 。 编 审 丛 书 的 任 务 十 分 繁 杂 而 艰 巨 , 加 之 时 间 仓 促 , 书 中 出 现 疏 漏 、 欠 妥 之 处
17、 也 是 难 免 的 , 希 望 广 大 读 者 不 吝 赐 教 , 以 使 我 们 逐 步 完 善 这 个 丛 书 系 列 。中 国 科 学 院 院 士 、 上 海 交 通 大 学 教 授前 言制 造 业 是 最 古 老 的 学 科 之 一 。 近 年 来 , 随 着 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 , 特 别 是 人 工 智能 ( AI ) 技 术 , 如 专 家 系 统 、 人 工 神 经 网 络 等 渗 透 到 各 个 领 域 , 也 使 制 造 业 发 生 了 巨 大 的 变化 。 智 能 制 造 正 是 制 造 技 术 和 人 工 智 能 技 术 结 合 的 产 物 。所
18、谓 智 能 制 造 是 在 制 造 生 产 的 各 个 环 节 中 , 以 一 种 高 度 柔 性 和 高 度 集 成 的 方 式 , 应 用 智 能 制 造 技 术 和 智 能 制 造 系 统 进 行 制 造 的 生 产 模 式 。 智 能 制 造 系 统 是 一 种 由 智 能 机 器 和 人 类 专 家 共 同 组 成 的 人 机 一 体 化 智 能 系 统 , 它 在 制 造 过 程 中 , 通 过 计 算 机 模 拟 人 类 专 家 的 智 能 活 动 , 进 行 诸 如 分 析 、 推 理 、 判 断 、 构 思 和 决 策 等 方 式 , 旨 在 取 代 或 延 伸 制 造 环
19、境 中 人 的 部 分 脑 力 劳 动 , 并 对 人 类 专 家 的 制 造 智 能 进 行 收 集 、 存 储 、 完 善 、 共 享 、 继 承 和 发 展 ; 智 能 制 造 技 术 的 宗 旨 在 于 通 过 人 与 智 能 机 器 的 合 作 共 事 , 去 扩 大 、 延 伸 和 部 分 地 取 代 人 类 专 家 在 制 造 过 程 中 的 脑 力 劳 动 , 以 实 现 制 造 过 程 的 优 化 。 可 见 智 能 制 造 使 制 造 过 程 中 人 的 体力 劳 动 通 过 自 动 化 技 术 获 得 了 很 大 的 解 放 , 而 脑 力 劳 动 通 过 智 能 决 策
20、 使 自 动 化 程 度 获 得了 巨 大 的 提 高 。 智 能 制 造 可 实 现 决 策 自 动 化 的 优 势 使 其 能 很 好 地 与 未 来 制 造 生 产 的 知 识 密 集 型 特 征 相 吻 合 , 实 现 “ 制 造 智 能” 和 制 造 技 术 的 “ 智 能 化” 。 智 能 制 造 将 是 未 来 制 造 自 动 化 发 展 的 重 要 方 向 。 有 人 预 言 下 一 世 纪 的 制 造 工 业 将 由 两 个 “ I”来 标 识 , 即 In tegration ( 集 成 ) 和 In telligen ce ( 智 能 ) 。本 书 共 分 8 章 。 第
21、 1 章 概 论 , 主 要 介 绍 了 智 能 制 造 技 术 在 柔 性 制 造 系 统 和 CI MS 中 的 重 要 地 位 和 作 用 、 智 能 制 造 发 展 的 历 史 背 景 、 国 内 外 智 能 制 造 技 术 的 发 展 状 况 以 及 智 能 制 造 技 术 的 今 天 与 未 来 。 第 2 章 专 家 系 统 , 主 要 介 绍 了 专 家 系 统 的 知 识 表 达 、 获 取 与 推 理 机 以 及 专 家 系 统 的 开 发 。 第 3 章 神 经 网 络 , 主 要 介 绍 了 神 经 网 络 的 基 本 模 型 、 学 习 规 则 以 及 基 于 神 经
22、 网 络 的 机 器 学 习 和 神 经 网 络 专 家 系 统 。 第 4 章 智 能 制 造 环 境 下 的 产 品 模 型 及 其 建 模 , 主 要 介 绍 了 产 品 模 型 的 概 念 , 包 括 几 何 模 型 、 参 数 化 模 型 、 产 品 特 征 模 型 以 及 智 能 制 造 环 境 下 的 产 品 模 型 及 其 建 模 技 术 。 第 5 章 智 能 CAD 系 统 及 其 设 计 , 主 要 介 绍 了 智 能 CAD 系 统 的 设 计 模 型 、 设 计 方 法 、 智 能 化 空 间 布 局 设 计 以 及 智 能 CAD 系 统 实 例 。 第 6 章计
23、算 机 辅 助 工 艺 设 计 及 其 智 能 化 , 主 要 介 绍 了 C AP P 系 统 中 零 件 信 息 的 描 述 、 工 艺 知 识 的 获 取 与 处 理 以 及 C APP 专 家 系 统 及 其 研 究 动 向 。 第 7 章 制 造 过 程 的 智 能 监 视 、 诊 断 与 控 制 , 主 要 介 绍 了 接 口 技 术 、 智 能 监 视 与 诊 断 、 制 造 过 程 的 结 构 模 型 、 智 能 控 制 策 略 以 及 制 造 过 程 的 智 能 控 制 等 。 第 8 章 智 能 装 配 , 主 要 介 绍 了 智 能 装 配 的 装 配 技 术 知 识 表
24、 达 、 装 配 任 务 的 描 述 、 装 配 顺 序 规 划 、 基 于 特 征 的 装 配 方 法 、 柔 性 自 动 装 配 系 统 以 及 虚 拟 装 配 等 。由 于 智 能 制 造 所 包 含 的 知 识 范 围 十 分 广 阔 , 同 时 也 由 于 作 者 所 从 事 的 专 业 的 限 制 , 本 书 将 着 重 于 智 能 制 造 技 术 在 机 械 制 造 领 域 中 的 应 用 。本 书 主 要 是 面 向 工 矿 企 业 的 , 因 此 , 它 适 合 工 矿 企 业 的 高 、 中 级 工 程 技 术 人 员 和 管 理 人 员 使 用 , 也 可 作 为 工 科
25、 大 学 的 教 材 和 研 究 生 的 辅 导 参 考 资 料 。 本 书 由 曾 芬 芳 、 范 牧 昌 、 王 建 华 、 俞 孟 蕻 、 景 旭 文 等 编 著 , 王 颖 、 苏 勇 、 赵 丽 英 等 参 加 了编 写 工 作 。 全 书 由 白 英 彩 教 授 担 任 主 审 。智 能 制 造 是 一 个 新 兴 的 、 发 展 中 的 学 科 , 作 者 衷 心 希 望 本 书 的 出 版 能 对 理 解 、 推 动 和 开 发 智 能 制 造 系 统 有 所 贡 献 。 限 于 作 者 的 业 务 水 平 , 疏 漏 或 不 妥 之 处 在 所 难 免 , 敬 请 读 者 不
26、 吝 批 评 指 正 。作 者2000 年 12 月目 录第 1 章 概 论 11 .1 柔 性 制 造 系 统 21 .1 .1 柔 性 自 动 化 和 柔 性 制 造 系 统 21 .1 .2 柔 性 制 造 系 统 的 基 本 结 构 41 .1 .3 柔 性 制 造 系 统 的 实 例 51 .1 .4 智 能 制 造 技 术 在 柔 性 制 造 系 统 中 的 应 用 71 .2 计 算 机 集 成 制 造 系 统 101 .2 .1 计 算 机 集 成 制 造 ( CIM ) 和 计 算 机 集 成 制 造 系 统 ( CI MS ) 101 .2 .2 CI MS 的 构 成 1
27、11 .2 .3 智 能 制 造 在 CIMS 中 的 重 要 地 位 和 作 用 121 .3 智 能 制 造 技 术 的 今 天 与 未 来 121 .3 .1 智 能 制 造 发 展 的 历 史 背 景 121 .3 .2 国 内 外 智 能 制 造 技 术 的 发 展 状 况 14第 2 章 专 家 系 统 162 .1 专 家 系 统 简 述 162 .2 知 识 的 表 达 与 获 取 172 .2 .1 知 识 的 分 类 172 .2 .2 专 家 系 统 的 知 识 表 示 172 .2 .3 知 识 获 取 212 .3 推 理 机 222 .3 .1 正 向 推 理 控
28、制 策 略 232 .3 .2 逆 向 推 理 控 制 策 略 232 .4 专 家 系 统 开 发 工 具 242 .5 Prolog 语 言 简 介 252 .5 .1 T ur bo Prolog 的 程 序 结 构 252 .5 .2 P rolog 中 的 基 本 编 程 元 素 和 语 法 272 .5 .3 P rolog 的 工 作 方 式 302 .5 .4 用 T ur bo Prolog 构 造 一 个 齿 轮 设 计 专 家 系 统 312 .6 知 识 工 程 语 言 GES T 332 .6 .1 知 识 工 程 语 言 GE ST 的 基 本 组 成 和 语 法
29、33 2 .6 .2 事 实 库 及 其 操 作 34 2 .6 .3 规 则 库 及 其 操 作 362 .6 .4 模 式 匹 配 372 .6 .5 待 议 事 件 表 及 其 执 行 382 .6 .6 一 个 简 单 的 应 用 实 例 392 .7 专 家 系 统 的 开 发 412 .7 .1 开 发 专 家 系 统 的 特 点 412 .7 .2 开 发 专 家 系 统 的 基 本 步 骤 422 .7 .3 专 家 系 统 的 发 展 趋 势 44第 3 章 神 经 网 络 473 .1 概 述 473 .2 神 经 网 络 的 基 本 模 型 473 .2 .1 感 知 机
30、 473 .2 .2 B P 模 型 493 .2 .3 H opfield 模 型 513 .2 .4 Boltzm ann 模 型 533 .3 神 经 网 络 学 习 规 则 553 .3 .1 H ebb 规 则 553 .3 .2 Delta 规 则 563 .3 .3 A R T 规 则 573 .3 .4 K ohon en 规 则 573 .3 .5 Boltzm ann 规 则 583 .4 基 于 神 经 网 络 的 机 器 学 习 593 .4 .1 机 器 学 习 593 .4 .2 基 于 神 经 网 络 的 机 器 学 习 613 .5 神 经 网 络 专 家 系
31、统 633 .5 .1 一 般 描 述 633 .5 .2 基 于 神 经 网 络 的 专 家 系 统 64第 4 章 智 能 制 造 环 境 下 的 产 品 模 型 及 其 建 模 674 .1 产 品 模 型 674 .1 .1 产 品 模 型 的 概 念 674 .1 .2 产 品 模 型 的 演 变 684 .2 几 何 模 型 704 .2 .1 几 何 模 型 的 概 念 704 .2 .2 几 何 模 型 的 建 模 方 法 714 .2 .3 模 型 的 操 作 76 4 .3 参 数 化 模 型 774 .3 .1 参 数 化 设 计 774 .3 .2 约 束 784 .3
32、 .3 参 数 化 建 模 技 术 804 .4 产 品 的 特 征 模 型 及 建 模 884 .4 .1 特 征 的 定 义 884 .4 .2 特 征 的 分 类 894 .4 .3 特 征 建 模 904 .5 智 能 制 造 环 境 下 的 产 品 模 型 964 .5 .1 智 能 制 造 对 产 品 模 型 的 要 求 964 .5 .2 产 品 的 知 识 模 型 984 .5 .3 产 品 的 集 成 表 示 模 型 99第 5 章 智 能 CAD 系 统 及 其 设 计 1025 .1 智 能 CAD 系 统 的 设 计 模 型 1025 .1 .1 设 计 模 型 简 介
33、 1025 .1 .2 基 于 C ASE 的 设 计 模 型 1045 .2 智 能 CAD 系 统 的 设 计 方 法 1085 .2 .1 面 向 对 象 的 求 解 方 法 1085 .2 .2 智 能 C AD 的 广 义 类 比 推 理 方 法 1115 .2 .3 设 计 过 程 模 型 的 特 征 设 计 方 法 1135 .3 智 能 化 空 间 布 局 设 计 1175 .3 .1 智 能 化 空 间 布 局 的 分 类 、 建 模 、 求 解 简 介 1185 .3 .2 三 维 正 交 方 位 图 模 型 及 其 布 局 搜 索 算 法 1235 .3 .3 基 于 正
34、 交 方 位 图 与 遗 传 算 法 的 包 装 布 局 1275 .3 .4 基 于 约 束 满 足 的 多 策 略 布 局 设 计 算 法 及 其 应 用 1325 .3 .5 基 于 不 同 粒 度 布 局 中 的 模 糊 建 模 及 其 应 用 1365 .4 智 能 CAD 系 统 实 例 1415 .4 .1 插 齿 刀 智 能 辅 助 设 计 系 统 1415 .4 .2 铣 刀 设 计 的 智 能 C AD 系 统 1445 .4 .3 机 床 夹 具 设 计 专 家 系 统 148第 6 章 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计 及 其 智 能 化 1516 .1 简 介 15
35、16 .1 .1 工 艺 设 计 1516 .1 .2 工 艺 设 计 标 准 化 1526 .1 .3 计 算 机 辅 助 工 艺 设 计 ( C APP ) 发 展 概 述 1536 .1 .4 派 生 式 C APP 154 6 .1 .5 创 成 式 C APP 1566 .1 .6 CAP P 专 家 系 统 1586 .2 C APP 系 统 中 零 件 信 息 的 描 述 1586 .2 .1 零 件 分 类 编 码 法 1596 .2 .2 零 件 的 图 形 要 素 描 述 法 1606 .2 .3 直 接 从 C AD 中 提 取 信 息 1646 .2 .4 特 征 建
36、模 1666 .3 工 艺 知 识 的 获 取 与 处 理 1676 .3 .1 工 艺 知 识 的 获 取 1676 .3 .2 工 艺 知 识 的 表 达 1706 .4 应 用 实 例 回 转 体 零 件 CA PP 专 家 系 统 中 的 夹 具 设 计 1736 .4 .1 夹 具 设 计 模 块 的 数 据 库 和 规 则 库 1736 .4 .2 实 例 1786 .4 .3 系 统 的 运 行 环 境 1806 .5 C APP 专 家 系 统 及 其 研 究 动 向 1806 .5 .1 以 知 识 为 基 础 的 C APP 系 统 1806 .5 .2 CAP P 开 发
37、 ( 工 具 ) 环 境 的 研 究 1816 .5 .3 动 态 C APP 1816 .5 .4 面 向 并 行 工 程 的 C APP 182第 7 章 制 造 过 程 的 智 能 监 视 、 诊 断 与 控 制 1847 .1 概 述 1847 .2 接 口 、 显 示 与 控 制 器 1857 .2 .1 智 能 传 感 器 1857 .2 .2 信 号 变 换 与 接 口 电 路 1897 .2 .3 显 示 与 记 录 设 备 1987 .2 .4 可 编 程 控 制 器 2017 .3 智 能 监 视 与 诊 断 2057 .3 .1 智 能 监 视 与 诊 断 系 统 的 开
38、 发 2057 .3 .2 系 统 硬 件 体 系 结 构 设 计 2077 .3 .3 系 统 软 件 设 计 2107 .4 制 造 过 程 的 结 构 模 型 2127 .4 .1 输 入 输 出 变 量 的 划 分 2127 .4 .2 结 构 模 型 2127 .5 智 能 控 制 策 略 2137 .5 .1 反 馈 控 制 2137 .5 .2 直 接 数 字 控 制 ( DDC) 2147 .5 .3 最 优 控 制 215 7 .5 .4 自 适 应 控 制 2167 .6 制 造 过 程 的 智 能 控 制 2187 .6 .1 计 算 机 过 程 监 控 2187 .6
39、.2 智 能 集 散 型 自 动 控 制 系 统 220第 8 章 智 能 装 配 2248 .1 概 述 2248 .2 人 工 装 配 特 点 2258 .3 智 能 装 配 2268 .3 .1 装 配 技 艺 知 识 表 达 2278 .3 .2 装 配 任 务 的 描 述 2298 .3 .3 装 配 顺 序 规 划 2318 .3 .4 基 于 特 征 的 装 配 方 法 2368 .3 .5 柔 性 自 动 装 配 系 统 2378 .3 .6 智 能 装 配 机 器 人 2408 .3 .7 虚 拟 装 配 V A ( virtiu al as se mbly) 241参 考
40、文 献 244 1 第 1章 概 论制 造 业 可 能 是 人 类 有 史 以 来 最 古 老 的 产 业 之 一 。 制 造 业 的 发 展 同 工 具 的 使 用 和 发 展 密 切 相 关 , 以 工 具 的 发 明 和 使 用 为 里 程 碑 , 人 类 经 历 了 石 器 时 代 、 青 铜 器 时 代 、 铁 器 时 代 、 蒸 汽 机 时 代 、 电 气 时 代 , 目 前 以 计 算 机 为 工 具 的 信 息 时 代 。 由 于 生 产 工 具 的 不 断 改 进 , 人 类 从 其 所 从 事 的 生 产 环 境 中 不 断 得 到 解 放 , 如 蒸 汽 机 的 发 明
41、, 大 大 提 高 了 劳 动 生 产 率 , 使 人 们 有 更 多 的 时 间 从 事 设 计 和 管 理 方 面 的 工 作 。 随 着 制 造 技 术 的 发 展 , 自 动 化 技 术 在 工 业 化 大 生 产 中 得 到 了 迅 速 的 发 展 , 本 世 纪 初 , 在 汽 车 制 造 业 为 代 表 的 大 批 量 生 产 中 , 采 用 凸 轮 和 样 板 的 机 床 可 以 高 效 地 生 产 出 大 批 量 相 同 规 格 的 零 件 , 聪 明 的 设 计 人 员 设 计 出带 有 自 动 上 下 料 装 置 的 机 床 设 备 并 采 用 传 送 带 把 它 们 连
42、 接 起 来 , 由 于 劳 动 力 价 格 相 对 便宜 , 在 自 动 化 机 床 无 法 使 用 的 地 方 , 采 用 手 工 劳 动 来 补 充 。随 着 劳 动 力 价 格 的 不 断 升 高 , 在 大 批 量 生 产 中 节 约 人 力 的 要 求 越 来 越 高 , 可 编 程 控制 器 和 工 业 机 器 人 得 到 了 广 泛 的 应 用 , 在 20 世 纪 80 年 代 , 在 汽 车 制 造 业 中 采 用 点 焊 机器 人 和 喷 漆 机 器 人 代 替 手 工 劳 动 , 降 低 了 生 产 成 本 。由 于 社 会 需 求 的 不 断 变 化 , 人 们 要
43、求 产 品 多 样 化 和 个 性 化 , 市 场 竞 争 的 加 剧 , 要 求 产品 的 更 新 换 代 时 间 不 断 缩 短 , 这 就 意 味 着 产 品 的 品 种 将 越 来 越 多 , 而 批 量 则 越 来 越 小 。 对 于 加 工 工 业 情 况 也 是 一 样 , 特 别 是 在 飞 机 制 造 业 、 造 船 工 业 、 机 床 制 造 业 和 模 具 制 造 业 更是 如 此 , 据 调 查 , 单 件 生 产 和 小 批 量 生 产 比 例 的 增 长 速 度 令 人 吃 惊 。 为 了 适 应 这 种 发 展 需 要 , 柔 性 加 工 技 术 得 到 了 越
44、来 越 广 泛 的 应 用 。 近 年 来 , 人 们 对 制 造 过 程 的 自 动 化 给 予 了极 大 的 热 情 , 资 料 表 明 , 从 1870 年 到 1980 年 间 , 制 造 过 程 的 效 率 提 高 了 20 倍 , 而 生 产 管理 效 率 只 提 高 了 1 .8 2 .2 倍 , 产 品 设 计 的 效 率 只 提 高 了 1 .2 倍 。 以 上 数 据 表 明 体 力 劳 动 通 过 采 用 自 动 化 技 术 得 到 了 极 大 的 解 放 , 而 脑 力 劳 动 的 自 动 化 程 度 则 很 低 。 为 了 进 一 步 解 放 生 产 力 , 特 别
45、是 提 高 脑 力 劳 动 的 自 动 化 程 度 , 柔 性 制 造 技 术 ( FM T ) 和 计 算 机 集 成制 造 ( CIM ) 等 先 进 制 造 技 术 的 研 究 和 开 发 受 到 各 工 业 发 达 国 家 的 普 遍 重 视 。柔 性 制 造 技 术 是 近 年 来 国 际 上 一 些 工 业 技 术 比 较 发 达 的 国 家 为 了 进 一 步 提 高 多 品 种 、 中 小 批 量 生 产 自 动 化 , 以 及 提 高 劳 动 生 产 率 , 降 低 生 产 成 本 , 缩 短 产 品 的 研 制 或 生 产 周 期 , 增 强 产 品 更 新 换 代 和 市
46、 场 竞 争 能 力 而 推 出 的 一 种 新 型 制 造 技 术 。 在 柔 性 制 造 系 统 中 , 机 床 上 装 备 了 工 件 和 刀 具 的 自 动 更 换 系 统 , 实 现 了 在 线 计 算 机 辅 助 加 工 过 程 的 调 度 和 规划 , 出 现 了 完 善 的 加 工 中 心 。 柔 性 制 造 技 术 至 今 仍 在 继 续 发 展 之 中 。计 算 机 集 成 制 造 系 统 ( CIMS ) 不 仅 是 现 有 生 产 模 式 的 计 算 机 化 和 自 动 化 , 而 且 是 在 新的 生 产 组 织 原 理 和 概 念 指 导 下 形 成 的 一 种 新
47、 型 生 产 实 体 , 也 是 将 在 21 世 纪 占 主 导 地 位 的 新 型 生 产 方 式 。 因 此 , 世 界 上 许 多 国 家 和 企 业 都 把 CIMS 定 为 国 家 或 企 业 的 发 展 战 略 。智 能 制 造 是 人 工 智 能 技 术 和 制 造 技 术 结 合 的 产 物 , 其 目 的 在 实 现 整 个 制 造 过 程 , 即 市 场 预 测 、 生 产 决 策 、 研 究 与 开 发 、 设 计 、 制 造 、 物 流 、 经 营 和 销 售 等 产 品 生 产 的 各 个 环 节 的 自 动 化 和 智 能 化 以 及 它 们 的 集 成 。 它
48、以 取 代 人 的 部 分 智 能 性 脑 力 劳 动 为 目 标 , 以 实 现 制 造 2 过 程 的 自 组 织 能 力 和 制 造 环 境 的 全 面 智 能 化 为 其 最 终 目 标 。 因 此 , 智 能 制 造 技 术 已 在 柔性 制 造 系 统 ( FMS ) 和 CI MS 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。人 工 智 能 理 论 是 智 能 制 造 技 术 的 理 论 基 础 。 目 前 , 国 内 外 对 于 各 种 专 家 系 统 和 人 工神 经 网 络 的 研 究 为 其 在 制 造 领 域 中 的 应 用 提 供 了 强 有 力 的 技 术 手 段 。 在
49、 本 书 中 的 以 下 两 章 中 对 这 两 方 面 的 基 础 知 识 也 将 加 以 简 单 介 绍 。1 .1 柔 性 制 造 系 统1 .1 .1 柔 性 自 动 化 和 柔 性 制 造 系 统在 机 械 制 造 自 动 化 的 早 期 , 由 于 技 术 水 平 的 局 限 , 自 动 化 的 引 入 只 在 大 量 生 产 领 域里 。 为 了 提 高 劳 动 生 产 率 , 降 低 生 产 成 本 , 采 用 了 大 批 量 化 、 标 准 化 和 生 产 流 水 线 等 生 产 方 式 , 建 立 起 主 要 由 机 械 式 或 液 压 式 的 自 动 机 床 、 组 合 机 床 或 专 用 机 床 组 成 的 单 一 品 种 的
