第 1 章 智能制造概述 ............................................................................................................. 001
1.1 智能制造的内涵 ........................................................................................................ 001 
1.1.1 智能制造的定义 ............................................................................................. 002 
1.1.2 智能制造的特征 ............................................................................................. 003 
1.1.3 智能制造的核心价值 ..................................................................................... 005 
1.2 制造业变革与演进 .................................................................................................... 008 
1.2.1 机械化制造 ..................................................................................................... 009 
1.2.2 电气化制造 ..................................................................................................... 009 
1.2.3 自动化制造 ..................................................................................................... 010 
1.2.4 智能化制造 ..................................................................................................... 010 
1.2.5 迈向人机共融 ................................................................................................. 011 
1.3 全球智能制造战略格局 ............................................................................................ 013 
1.3.1 中国新质生产力 ............................................................................................. 013 
1.3.2 美国先进制造与再工业化 ............................................................................. 015 
1.3.3 德国工业 4.0 与欧盟工业 5.0 ........................................................................ 016 
1.3.4 日本社会 5.0 与制造业数字化转型 ..............................................................017 
1.3.5 全球战略对比与产业竞争 ............................................................................. 018 
1.4 智能制造关键技术 .................................................................................................... 019 
1.4.1 智能感知技术 ................................................................................................. 020 
1.4.2 智能分析技术 ................................................................................................. 022 
1.4.3 智能决策技术 ................................................................................................. 024 
1.4.4 智能执行技术 ................................................................................................. 025 
1.4.5 生成式 AI 与工业大模型 ............................................................................... 027 
1.5 智能制造典型案例 .................................................................................................... 029 
拓展练习 .............................................................................................................................032 
第 2 章 制造企业信息系统 ..................................................................................................... 034
2.1 制造企业信息系统概述 ............................................................................................ 034
2.1.1 制造企业信息管理功能 ................................................................................. 035 
2.1.2 制造企业信息分类 ......................................................................................... 036 
2.1.3 制造企业信息系统发展演进 ......................................................................... 038 
2.2 制造企业信息系统模型框架 .................................................................................... 040 
2.2.1 企业信息化标准概述 ..................................................................................... 040 
2.2.2 企业信息化层级架构 ..................................................................................... 042 
2.3 企业经营层 ................................................................................................................ 047 
2.3.1 层级功能定位 ................................................................................................. 048 
2.3.2 核心系统构成 ................................................................................................. 051 
2.4 制造运营层 ................................................................................................................ 052 
2.4.1 层级功能定位 ................................................................................................. 052 
2.4.2 核心系统构成 ................................................................................................. 055 
2.5 过程控制层 ................................................................................................................ 056 
2.5.1 层级功能定位 ................................................................................................. 056 
2.5.2 核心系统构成 ................................................................................................. 057 
2.6 传感执行层 ................................................................................................................ 059 
2.6.1 层级功能定位 ................................................................................................. 059 
2.6.2 核心设备构成 ................................................................................................. 061 
2.7 物理过程层 ................................................................................................................ 062 
2.8 企业信息化典型应用 ................................................................................................ 063 
拓展练习 .............................................................................................................................066 
第 3 章 工业感知设备 ............................................................................................................. 068
3.1 工业传感器 ................................................................................................................ 068 
3.1.1 接近开关 ......................................................................................................... 069 
3.1.2 光电开关 ......................................................................................................... 072 
3.1.3 行程开关 ......................................................................................................... 075 
3.2 工业仪表 .................................................................................................................... 077 
3.2.1 工业仪表基础 ................................................................................................. 077 
3.2.2 压力仪表 ......................................................................................................... 079 
3.2.3 流量仪表 ......................................................................................................... 081 
3.2.4 液位仪表 ......................................................................................................... 084 
3.2.5 温度仪表 ......................................................................................................... 087 
3.2.6 位置检测仪表 ................................................................................................. 090
3.2.7 电量检测仪表 ................................................................................................. 093 
3.3 机器视觉 .................................................................................................................... 096 
3.3.1 机器视觉概述 ................................................................................................. 096 
3.3.2 机器视觉硬件 ................................................................................................. 097 
3.3.3 机器视觉软件 ................................................................................................. 100 
3.4 工业感知发展趋势 .................................................................................................... 102 
拓展练习 .............................................................................................................................103 
第 4 章 工业执行设备 ............................................................................................................. 105
4.1 工业电机 .................................................................................................................... 105 
4.1.1 直流电机 ......................................................................................................... 106 
4.1.2 交流异步电机 ................................................................................................. 109 
4.1.3 交流伺服电机 ................................................................................................. 112 
4.2 气动系统 .................................................................................................................... 115 
4.2.1 空气压缩机 ..................................................................................................... 116 
4.2.2 气缸 ................................................................................................................. 118 
4.2.3 气动阀 ............................................................................................................. 121 
4.2.4 气动工具 ......................................................................................................... 124 
4.3 液压系统 .................................................................................................................... 129 
4.3.1 液压站 ............................................................................................................. 130 
4.3.2 液压缸 ............................................................................................................. 132 
4.3.3 液压阀 ............................................................................................................. 135 
4.3.4 液压工具 ......................................................................................................... 138 
4.4 工业执行系统发展趋势 ............................................................................................ 141 
拓展练习 .............................................................................................................................141 
第 5 章 工业控制设备 ............................................................................................................. 143
5.1 工业控制概述 ............................................................................................................ 143 
5.2 集散控制系统 ............................................................................................................ 144 
5.2.1 集散控制系统硬件 ......................................................................................... 145 
5.2.2 集散控制系统软件 ......................................................................................... 147 
5.3 可编程逻辑控制器 .................................................................................................... 149 
5.3.1 可编程逻辑控制器硬件 ................................................................................. 150 
5.3.2 可编程控制器软件 ......................................................................................... 153 
5.4 人机接口设备 ............................................................................................................ 154
5.4.1 组态软件 ......................................................................................................... 156 
5.4.2 工业触摸屏 ..................................................................................................... 157 
5.5 工业通信网络 ............................................................................................................ 161 
5.5.1 工业通信基础 ................................................................................................. 161 
5.5.2 工业以太网通信 ............................................................................................. 169 
5.5.3 工业串口通信 ................................................................................................. 173 
5.6 工业控制发展趋势 .................................................................................................... 175 
拓展练习 .............................................................................................................................176 
第 6 章 智能产线系统设计 ..................................................................................................... 178
6.1 智能产线概述 ............................................................................................................ 178 
6.1.1 系统构成 ......................................................................................................... 179 
6.1.2 工艺流程 ......................................................................................................... 180 
6.2 智能立体仓库 ............................................................................................................ 182 
6.2.1 智能立体仓库出库控制 ................................................................................. 183 
6.2.2 智能立体仓库入库控制 ................................................................................. 186 
6.3 AGV 物料输送系统设计 .......................................................................................... 188 
6.3.1 AGV 毛坯物料搬运流程 ................................................................................ 188 
6.3.2 AGV 成品物料搬运流程 ................................................................................ 190 
6.4 上下料机器人系统设计 ............................................................................................ 192 
6.4.1 首次上料 ......................................................................................................... 193 
6.4.2 中间换料 ......................................................................................................... 198 
6.4.3 末次下料 ......................................................................................................... 201 
6.5 数控加工中心控制 .................................................................................................... 203 
6.5.1 上料控制 ......................................................................................................... 204 
6.5.2 加工控制 ......................................................................................................... 206 
6.5.3 下料控制 ......................................................................................................... 208 
6.6 控制系统集成 ............................................................................................................ 210 
6.6.1 硬件设计 ......................................................................................................... 210 
6.6.2 网络拓扑 ......................................................................................................... 215 
6.6.3 协同控制 ......................................................................................................... 217 
拓展练习 .............................................................................................................................227 
参考文献 ..................................................................................................................................... 229