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我國大力推動數(shù)智賦能中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，著力推進制造業(yè)信息化建設(shè)國產(chǎn)數(shù)控機床得到廣泛應(yīng)用。本書對國產(chǎn)數(shù)控機床組線技術(shù)進行研究，闡述了數(shù)控機床組線的技術(shù)規(guī)范和柔性生產(chǎn)線的可靠性保障技術(shù)，探討了智能制造生產(chǎn)線的基本組成和發(fā)展趨勢。本書是圍繞國產(chǎn)數(shù)控機床組線關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合作者在該領(lǐng)域的科研和工程實踐寫成的。

全書共分為5章，全面系統(tǒng)地介紹了各個行業(yè)對國產(chǎn)數(shù)控機床組線的需求、智能制造生產(chǎn)線組線布局技術(shù)、生產(chǎn)線布局的數(shù)字化建模、智能制造生產(chǎn)線組線性能的仿真分析；國產(chǎn)數(shù)控機床組線設(shè)備及刀具選型、國產(chǎn)數(shù)控機床生產(chǎn)控制規(guī)范、數(shù)控機床的可靠性評估與運維等。

本書可作為高等學(xué)校機械工程及自動化、機械電子工程、工業(yè)工程、管理工程等專業(yè)的本科生及研究生的參考教材，也可作為機械工程領(lǐng)域的企業(yè)工程師、智能制造領(lǐng)域的研究人員等的參考用書。

前言
制造業(yè)是國民經(jīng)濟和綜合國力的支柱產(chǎn)業(yè)，關(guān)系著國計民生的發(fā)展。近十年來，人們將制造技術(shù)與飛速發(fā)展的信息技術(shù)有機融合，逐漸形成新一代先進制造技術(shù)。生產(chǎn)線是制造業(yè)中的關(guān)鍵元素，對生產(chǎn)線設(shè)計提供有效的技術(shù)支持，能推動制造業(yè)乃至國計民生的發(fā)展。特別是大量采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料后，汽車零部件生產(chǎn)線、航空結(jié)構(gòu)件加工不得不大量使用國外高檔數(shù)控機床。國產(chǎn)數(shù)控機床成套能力不強、可靠性低，特別是服役階段的運行可靠性已成為國內(nèi)機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，引起行業(yè)和學(xué)術(shù)界高度關(guān)注。這些嚴(yán)重制約著國產(chǎn)數(shù)控機床的市場推廣和工程化應(yīng)用，急需全面梳理數(shù)控機床組線資源，分析重點行業(yè)對組線工藝的需求，開展國產(chǎn)數(shù)控機床組線方法研究，為重點領(lǐng)域?qū)Τ商讛?shù)控裝置及組線配套技術(shù)需求提供指導(dǎo)性參考。
本書針對當(dāng)前我國中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和制造過程信息化建設(shè)的需求,結(jié)合作者長期以來在科研和工程方面的實踐經(jīng)驗,主要針對國產(chǎn)數(shù)控機床組線關(guān)鍵技術(shù)進行研究，探討智能制造生產(chǎn)線的基本組成和發(fā)展趨勢；闡述數(shù)控機床組線的布局、仿真分析、設(shè)備選型等技術(shù)規(guī)范及可靠性保障技術(shù)，既有基本理論，也有相關(guān)的科研成果、場景案例和前沿介紹。
全書共分為5章，全面系統(tǒng)地介紹了各個行業(yè)對國產(chǎn)數(shù)控機床組線的需求、智能制造生產(chǎn)線組線布局技術(shù)、生產(chǎn)線布局的數(shù)字化建模、智能制造生產(chǎn)線組線性能的仿真分析；國產(chǎn)數(shù)控機床組線設(shè)備及刀具選型、國產(chǎn)數(shù)控機床生產(chǎn)控制規(guī)范、數(shù)控機床的可靠性評估與運維等。
本書的出版得到了北京市自然科學(xué)基金（IS24076），國家自然科學(xué)基金（51575055），高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項（2015ZX04001002），北京市自然科學(xué)基金重點項目(KZ201211232039)，北京市自然科學(xué)基金重點項目（21JC0016），北京市科學(xué)技術(shù)委員會、中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會計劃項目（Z201100008320004），北京市屬高等學(xué)校人才強教深化計劃學(xué)術(shù)創(chuàng)新團隊資助項目(PHR201106132)，北京市科技計劃(D121100004112001、D08010400130801）等項目的資助。感謝國家自然科學(xué)基金委員會、高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備國家科技重大專項實施管理辦公室、北京市自然科學(xué)基金委員會、北京市科學(xué)技術(shù)委員會的支持。對課題組的徐小力、韓秋實、楊慶東等所有老師，課題組的孫磊、柴樹峰、林雯雯、周玉飛、馮昊天、楊俊峰、毛向向、徐統(tǒng)等全體研究生表示衷心的感謝！該書的出版得到了北京市教學(xué)名師項目、高端裝備智能感知與控制北京市國際科技合作基地、北京信息科技大學(xué)中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能中心暨未來數(shù)智產(chǎn)業(yè)學(xué)院和北京市高水平教學(xué)團隊項目的支持，對北京市教▲委和北京信息科技大學(xué)的支持表示感謝！
書中的遺漏和不妥之處敬請各位專家、讀者批評指正，不吝賜教。
作者
2025年1月

第1章緒論1
1.1國產(chǎn)數(shù)控機床的行業(yè)需求2
1.1.1航空工業(yè)需求2
1.1.2兵器工業(yè)需求2
1.1.3船舶工業(yè)需求3
1.1.4汽車工業(yè)需求4
1.1.5電力工業(yè)需求4
1.1.6工程機械需求5
1.1.7重型機械需求6
1.1.8農(nóng)業(yè)機械需求6
1.1.9鐵路行業(yè)需求6
1.2汽車行業(yè)生產(chǎn)線的現(xiàn)狀7
1.2.1汽車行業(yè)數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀7
1.2.2汽車生產(chǎn)線關(guān)鍵零部件的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀8
1.2.3國產(chǎn)數(shù)控機床在汽車行業(yè)生產(chǎn)線的應(yīng)用需求18
1.3智能制造與智能工廠19
1.3.1智能制造生產(chǎn)線組成20
1.3.2智能裝配生產(chǎn)線組成22
1.4智能制造生產(chǎn)線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)24
1.4.1生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計24
1.4.2信息系統(tǒng)建設(shè)25
1.4.3自動化設(shè)備集成25
1.4.4人員培訓(xùn)與組織變革26

第2章智能制造生產(chǎn)線組線布局技術(shù)27
2.1生產(chǎn)線布局的基本原則32
2.1.1生產(chǎn)線類型32
2.1.2生產(chǎn)線布局的基本形式33
2.1.3生產(chǎn)線布局設(shè)計的基本原則40
2.1.4生產(chǎn)線布局要素42
2.2基于SLP的車間布局設(shè)計43
2.2.1生產(chǎn)線布局規(guī)劃方法43
2.2.2生產(chǎn)線布局約束條件43
2.2.3生產(chǎn)線布局初步設(shè)計43
2.3生產(chǎn)線布局的數(shù)字化建模46
2.3.1數(shù)字化建模涉及的因素47
2.3.2數(shù)字化建模的方法47
2.3.3構(gòu)建生產(chǎn)線設(shè)備的3D數(shù)字模型48
2.4生產(chǎn)線物流系統(tǒng)分析與優(yōu)化49
2.4.1生產(chǎn)線布局評價方法49
2.4.2構(gòu)建物流模型51
2.5實例：汽車零部件凸輪軸生產(chǎn)線的布局規(guī)劃設(shè)計51
2.5.1實例背景51
2.5.2凸輪軸生產(chǎn)線的布局設(shè)計52
2.5.3構(gòu)建加工設(shè)備和物流設(shè)備的3D數(shù)字模型61
2.5.4生產(chǎn)線物流系統(tǒng)分析與優(yōu)化61
2.6某鋁合金結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)線的布局67
2.7某發(fā)動機葉片的生產(chǎn)線布局69

第3章智能制造生產(chǎn)線性能的仿真分析70
3.1智能制造生產(chǎn)線的仿真分析與優(yōu)化70
3.1.1仿真優(yōu)化的步驟71
3.1.2仿真的分析、優(yōu)化和完善72
3.2智能制造生產(chǎn)線仿真分析設(shè)計規(guī)范75
3.2.1任務(wù)需求響應(yīng)指標(biāo)75
3.2.2生產(chǎn)資源管理指標(biāo)76
3.2.3作業(yè)疲勞程度評價指標(biāo)78
3.2.4生產(chǎn)線建模的完整性78
3.3設(shè)計階段的評價指標(biāo)體系79
3.3.1車間規(guī)劃原則79
3.3.2設(shè)施布局方案評價指標(biāo)79
3.3.3數(shù)控裝備的選型原則80
3.4調(diào)試驗證階段的評價指標(biāo)體系82
3.5運行階段的評價指標(biāo)體系83
3.5.1生產(chǎn)線可靠性評價指標(biāo)83
3.5.2評價指標(biāo)體系的構(gòu)建84
3.5.3加工設(shè)備的可靠性評價指標(biāo)84
3.5.4設(shè)備效能關(guān)鍵績效指標(biāo)90
3.5.5維修決策指標(biāo)體系91
3.5.6生產(chǎn)線可靠性影響因素指標(biāo)體系91
3.5.7生產(chǎn)線仿真模型的評價標(biāo)準(zhǔn)92
3.6凸輪軸生產(chǎn)線系統(tǒng)的仿真與性能評價93
3.6.1基于Petri網(wǎng)的生產(chǎn)線仿真模型構(gòu)建93
3.6.2四期凸輪軸生產(chǎn)線系統(tǒng)仿真結(jié)果分析與優(yōu)化95
3.6.3四期凸輪軸生產(chǎn)線人員規(guī)劃與優(yōu)化分析99
3.7基于數(shù)字孿生的葉片生產(chǎn)線仿真106
3.7.1生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型構(gòu)建108
3.7.2葉片生產(chǎn)線仿真分析與優(yōu)化114

第4章國產(chǎn)數(shù)控機床組線設(shè)備及刀具選型116
4.1加工設(shè)備選擇116
4.1.1加工設(shè)備選擇指標(biāo)116
4.1.2加工設(shè)備選擇步驟118
4.1.3加工設(shè)備選擇算法118
4.1.4國產(chǎn)數(shù)控機床的選擇規(guī)范124
4.2刀具的選擇126
4.2.1數(shù)控加工刀具的分類126
4.2.2數(shù)控加工對刀具的要求127
4.2.3數(shù)控刀具的失效形式128
4.2.4數(shù)控加工刀具的幾何參數(shù)128
4.2.5刀具安裝位置對刀具幾何角度的影響132
4.2.6數(shù)控加工中切削用量的選擇原則132
4.2.7數(shù)控加工刀具的選擇方法133
4.2.8國產(chǎn)數(shù)控機床刀具的選擇流程141

第5章國產(chǎn)數(shù)控機床生產(chǎn)控制規(guī)范143
5.1數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點143
5.2數(shù)控機床故障分類144
5.3數(shù)控機床故障總體特點145
5.4數(shù)控機床機械故障診斷方法147
5.4.1簡單方法147
5.4.2現(xiàn)代診斷方法148
5.5數(shù)控機床運行狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容和步驟152
5.6數(shù)控機床的可靠性評估153
5.6.1可靠性的評估153
5.6.2可靠性研究中的概率分布160
5.6.3提高可靠性的方法162
5.7基于可靠性、動特性和精度的數(shù)控機床綜合性能評價163
5.8汽車零部件生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的故障間隔分析167
5.8.1生產(chǎn)線設(shè)備的故障間隔分析方法167
5.8.2某變速器生產(chǎn)線設(shè)備的故障間隔時間分布模型的應(yīng)用175
5.9基于故障模式的生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)分析178
5.9.1設(shè)備故障模式分析的基本原理178
5.9.2生產(chǎn)線設(shè)備的故障模式、影響分析（FMEA）180
5.9.3生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的危害性分析（CA）183
5.9.4某凸輪軸生產(chǎn)線磨床子系統(tǒng)故障分析184
5.9.5某凸輪軸生產(chǎn)線磨床的危害性分析187
5.10汽車零部件生產(chǎn)線設(shè)備的選擇性維修決策技術(shù)190
5.10.1可靠性維修理論190
5.10.2生產(chǎn)線可靠性維修方式?jīng)Q策模型191
5.10.3汽車零部件生產(chǎn)線的選擇性維修決策191
5.11汽車零部件生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的故障預(yù)測技術(shù)198
5.11.1基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)測方法198
5.11.2基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備故障預(yù)測應(yīng)用201
5.11.3基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備故障
預(yù)測方法203
5.12基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)線服役狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測209
5.12.1基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)線服役狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測系統(tǒng)框架209
5.12.2生產(chǎn)線設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與信息獲取210
5.12.3基于網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)線服役狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測系統(tǒng)的功能模塊212
5.12.4系統(tǒng)實現(xiàn)215

參考文獻217

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