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制造物联网技术pdf/doc/txt格式电子书下载

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书名:制造物联网技术pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:

作者:姚锡凡著

出版社:华中科技大学出版社

出版时间:2018-12-01

书籍编号:30472424

ISBN:9787568039857

正文语种:中文

字数:195735

版次:1

所属分类:互联网+-互联网思维

全书内容:

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总序




近年来,“智能制造+共融机器人”特别引人瞩目,呈现出“万物感知、万物互联、万物智能”的时代特征。智能制造与共融机器人产业将成为优先发展的战略性新兴产业,也是中国制造2049创新驱动发展的巨大引擎。值得注意的是,智能汽车与无人机、水下机器人等一起所形成的规模宏大的共融机器人产业,将是今后30年各国争夺的战略高地,并将对世界经济发展、社会进步、战争形态产生重大影响。与之相关的制造科学和机器人学属于综合性学科,是联系和涵盖物质科学、信息科学、生命科学的大科学。与其他工程科学、技术科学一样,制造科学和机器人学也是将认识世界和改造世界融合为一体的大科学。20世纪中叶,Cybernetics与Engineering Cybernetics等专著的发表开创了工程科学的新纪元。21世纪以来,制造科学、机器人学和人工智能等领域异常活跃,影响深远,是“智能制造+共融机器人”原始创新的源泉。


华中科技大学出版社紧跟时代潮流,瞄准智能制造和机器人的科技前沿,组织策划了本套“智能制造与机器人理论及技术研究丛书”。丛书涉及的内容十分广泛。热烈欢迎专家、教授从不同的视野、不同的角度、不同的领域著书立说。选题要点包括但不限于:智能制造的各个环节,如研究、开发、设计、加工、成形和装配等;智能制造的各个学科领域,如智能控制、智能感知、智能装备、智能系统、智能物流和智能自动化等;各类机器人,如工业机器人、服务机器人、极端机器人、海陆空机器人、仿生/类生/拟人机器人、软体机器人和微纳机器人等的发展和应用;与机器人学有关的机构学与力学、机动性与操作性、运动规划与运动控制、智能驾驶与智能网联、人机交互与人机共融等;人工智能、认知科学、大数据、云制造、物联网和互联网等。


本套丛书将成为有关领域专家、学者学术交流与合作的平台,青年科学家茁壮成长的园地,科学家展示研究成果的国际舞台。华中科技大学出版社将与施普林格(Springer)出版集团等国际学术出版机构一起,针对本套丛书进行全球联合出版发行,同时该社也与有关国际学术会议、国际学术期刊建立了密切联系,为提升本套丛书的学术水平和实用价值,扩大丛书的国际影响营造了良好的学术生态环境。


近年来,各界人士、高校师生、各领域专家和科技工作者对智能制造和机器人的热情与日俱增。这套丛书将成为有关领域专家、学者、高校师生与工程技术人员之间的纽带,增强作者、编者与读者之间的联系,加快发现知识、传授知识、增长知识和更新知识的进程,为经济建设、社会进步、科技发展做出贡献。


最后,衷心感谢为本套丛书做出贡献的作者、编者和读者,感谢他们为创新驱动发展增添正能量、聚集正能量、发挥正能量。感谢华中科技大学出版社相关人员在组织、策划过程中的辛勤劳动。


华中科技大学教授


中国科学院院士


熊有伦


2017年9月

前言




制造业是工业的基石,是国民经济的支柱产业。作为制造业大国的中国,当前面临制造业劳动力成本上升和环境污染等诸多挑战,为了实现从制造业大国向制造业强国的转变,顺应“互联网+”的发展趋势,以及满足产业转型升级的需求,正在部署推进实施“中国制造2025”。智能制造是其中的主攻方向。在制造业中如何认识、把握和推进“互联网+”是值得我们深入思考和研究的课题。与传统的网络化制造有很大的不同,新一代的“互联网+制造”更加强调通过以物联网、务联网、大数据为代表的新一代信息技术与制造业、生产性服务业等行业的融合创新,为产业智能化提供支撑,进而形成诸如制造物联网、智慧制造等新一代的智能制造模式。


本书对制造技术与物联网融合所形成的国内称之为“制造物联网”(简称“制造物联”),国外称之为smart manufacturing(SM)的新一代智能制造模式,进行了深入探讨。SM被认为是新一轮工业革命——工业4.0的主导生产模式,其关键基础技术是物联网、务联网和信息物理系统。


物联网是引起工业4.0的关键因素之一,在新一代的智能制造中起关键支撑作用。德国工业 4.0和我国的“两化”深度融合的核心思想是要充分利用新一代信息技术改造传统产业,进而实现制造业的智能化转型升级。而制造物联网技术正是实现这种转型升级的关键所在。


制造物联网虽然可以简单看作制造技术与物联网的融合,但它本身包含丰富而广泛的内涵,旨在通过泛在的实时感知、全面的互联互通和智能信息处理,实现产品/服务全生命周期的优化管理与控制,以及工艺和产品的创新。同时,制造物联网是一个动态和不断发展的概念,特别是伴随着物联网及信息物理系统的广泛应用而出现的制造大数据,需要大数据分析和云计算等技术支持,因此,制造物联网包含了制造技术与物联网、务联网、信息物理系统、大数据等有机融合的技术。


本书是作者在所从事的相关科研和教学工作的基础上,总结所承担的国家自然科学基金项目(51175187,51675186)、广东省科技计划项目(2016A020228005,2016B090918035)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(D2181830)所取得的成果以及国内外其他相关研究的成果编写而成的,取材新颖,注重相关领域最新发展动态。其中,姚锡凡对本书内容进行构思,并撰写第1章和第3章,张存吉和张剑铭撰写其他各章。在本书的撰写过程中参考或引用了项目课题组金鸿、李永湘、周佳军等博士研究生及李作海、徐川、杨屹、于淼、许湘敏、易安斌等硕士研究生的成果,同时参考或引用了其他相关著作和论文,在此对这些著作和论文的作者深表感谢。特别感谢两位评审专家——西北工业大学孙树栋教授和武汉理工大学李文峰教授,他们对本书修改提出了宝贵意见。与此同时,感谢华中科技大学出版社的大力支持和帮助,特别是俞道凯先生和罗雪女士,为本书的出版付出了辛勤的劳动。此外,感谢廉江市经济社会发展研究会(廉江智库)的支持。


制造物联网是一门迅速发展的交叉学科,其应用还处于开拓和不断完善之中,加上作者才疏学浅,本书难免有疏漏与不妥之处,盼请广大读者不吝批评指正。


作者


2018年6月

第1章 绪论




物联网、务联网、信息物理系统等新一代信息技术的出现和发展,推动着以绿色、智能和可持续发展为特征的新一轮产业革命的来临,一种新型的智能制造模式——制造物联网(internet of manufacturing things, IoMT)应运而生[1]。制造物联网技术可以简单看作制造技术与物联网技术的融合,也可以看作工业互联网在制造业中应用与延伸的结果,但它本身包含丰富而广泛的内涵。本章阐明制造物联网(简称制造物联)的出现背景、内涵、技术要素及未来发展趋势。




1.1制造物联网与新工业革命


制造物联网作为一种新兴智能制造技术,与新一轮工业革命密切相关[2],二者相辅相成。一方面,制造物联网技术的普及应用,引起并推动新一轮工业革命向前发展;另一方面,新一轮工业革命反过来促进制造物联网技术的发展。以制造业为核心的实体经济是保持国家竞争力和经济健康发展的基础。作为全球经济竞争力基础的制造业,受到各国的高度重视。新一代信息技术对制造业发展的影响日渐深化,制造业与服务业也在不断加快融合,大数据、物联网、工业互联网等新兴技术正在不断推动制造业的变革与运营,制造业领域正在形成新的生产方式、产业形态、管理逻辑、商业模式和经济增长点,并进一步影响着人类生产、生活模式的变革。


1.1.1新工业革命与新型制造模式


工业革命不仅会影响到生产方式(尤其是制造业),而且会影响到人们的生活方式。尽管不同学者对新工业革命有不同的理解,同时对历史上究竟发生了多少次工业革命也众说纷纭[3],但这都不妨碍新工业革命成为各国讨论和关注的热点。学者虽然普遍认可工业革命(第一次)起源于18世纪的蒸汽机技术,也普遍认可正在或即将发生新一轮的工业革命,但对历史上发生了多少次工业革命,以及将发生什么样的工业革命却有不同看法。


图1-1归纳了几种典型的工业革命演化进程,从发生次数来看,有最低的2次到最高的5次之分。Brynjolfsson 和 McAfee[4]认为,目前进行的新工业革命只不过是第二次工业革命——以增强人类思维能力为特征,暂且称为智力革命,与第一次工业革命(体力革命)致力于克服肌肉力量的限制问题形成鲜明对照。而认为新工业革命属于第三次工业革命的学者最多。其中:美国通用电气公司(GE)[5]提出的新工业革命(第三次)简洁明了,即“工业互联网=工业革命+互联网革命”;美国的Anderson[6]认为新材料和3D打印技术等数字化制造、创客运动和个性化定制将引起新工业革命,此前分别发生了以蒸汽机发明为代表的机械化生产的第一次工业革命,以及以“福特制”为代表的流水线大规模生产的第二次工业革命;英国的Rifkin[7]认为通信技术和能源结合是引起工业革命的主要动力,而新工业革命是由互联网和可再生能源结合引起的,此前已发生的第一次和第二次工业革命分别是由印刷术与煤炭蒸汽机的结合、电信与燃油内燃机的结合引起的。德国则将新工业革命称为工业4.0[8],即基于信息物理系统(cyberphysical systems,CPS)的第四次工业革命,而前三次分别是工业1.0的蒸汽机械化、工业2.0的电气化和工业3.0的自动化。英国的Marsh[9]认为历史上已发生了4次工业革命,分别是少量定制、少量标准化生产、大批量标准化生产和大规模定制,目前新工业革命为第五次,是个性化定制阶段。




图1-1几种典型的工业革命演化进程


这些研究从不同研究视角揭示了新一轮工业革命即将来临,也描绘了未来制造业的走向。其实,任何一项单一的技术都不足以引发新一轮的工业革命,判断新工业革命的依据主要是,是否有新科技群效应,以及是否带来人类生产方式和生活方式的重大变革。因此,新工业革命是源于新能源技术、人工智能、数字制造、工业机器人、信息技术等先进技术综合系统协同创新及突破性的发展,融合信息、计算机、数字化、互联网技术创新变革,导致工业生产方式与制造模式的巨大变化,以及交易方式与人类生活方式的重大变化的一次工业革命。传统的、集中式的生产经营方式将逐渐被新工业革命下分散的、扁平的生产经营方式取代,数字化、智能化、网络化、定制化、个性化、分散化和社会化是新工业革命的主要特征。其中:数字化是新工业革命的基础;智能化是工业(制造业)转型升级追求的目标;网络化是实现新工业革命的技术手段;定制化、个性化、分散化和社会化是转型升级的结果。实现新工业革命的关键在于物联网、务联网(云计算)、大数据、信息物理系统等新一代信息技术的合理应用。


其实,在2008年国际金融危机爆发之时,新工业革命正式提出之前,美国、英国、日本等发达工业国家,提出了“再工业化战略”,试图实现从“产业空心化”到 “再工业化”的回归。再工业化战略并不是要恢复传统制造业的生产能力,而是要通过加快突破和应用先进制造技术抢占新一轮科技和产业竞争的制高点,占领产业链的高端位置。先进制造技术的概念最初由美国提出,以支持新兴产业发展,其他国家也有类似的计划,例如日本的科技工业联盟、英国的工业2050战略。正是互联网、物联网、云计算、智能机器人、3D打印、模拟技术、新材料等经过产业化运用以后更加成熟,为新工业革命的诞生打下了基础。其实,美国总统科学与技术顾问委员会在2007年的八大关键技术中,把信息物理系统列在首位,这也成为后来德国提出的工业4.0的核心部分。


在发达工业化国家中,德国的实体经济实力雄厚,受到的金融危机影响比其他发达国家的要小得多。因此,德国首先提出工业4.0并不是偶然的。它一方面反映了制造业在德国经济中的重要地位,另一方面反映了作为制造业强国的德国对工业发展战略的关切,同时也反映了当代工业发展、升级的方向。德国试图通过工业4.0战略的实施,成为新一代工业生产技术(即信息物理系统)的主导市场供应国,在继续保持其制造业发展的前提下再次提升自身的全球竞争力。


制造业是工业的基石,是国民经济的支柱产业。毫无疑问,先进制造技术将在新工业革命中发挥重要作用。从生产流程来看,先进制造技术与传统制造技术对制造过程的影响如图1

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