序言 制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)主體和國家綜合實(shí)力的根本保障，我國制造業(yè)規(guī)模從2010年開始已連續(xù)14年位居世界第一。就規(guī)模而言，我國已是制造大國。然而，自20世紀(jì)80年代末開始，我國芯片、半導(dǎo)體等關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展出現(xiàn)瓶頸。智能制造是實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)跨越式進(jìn)步、搶占制造技術(shù)制高點(diǎn)的突破口。 智能制造實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵還是在于人才培養(yǎng)，尤其是卓越工程師的培養(yǎng)。當(dāng)前，我國高校工程教育規(guī)模居世界第一，但高中工程教育尚顯不足。高中階段，同學(xué)們?nèi)狈�動手�?shí)踐能力、創(chuàng)新能力提升方面的鍛煉，缺乏對工程科學(xué)、技術(shù)科學(xué)的濃厚興趣，缺乏基本的工程素養(yǎng)。這也導(dǎo)致同學(xué)們在進(jìn)入大學(xué)后，難以快速適應(yīng)工程專業(yè)交叉學(xué)科的學(xué)習(xí)。 為了填補(bǔ)高校工程教育和高中工程教育銜接的空白，實(shí)現(xiàn)對同學(xué)們的啟智增慧、培根鑄魂，我們也做了一些摸索和嘗試。2021年，高中工程教育太湖論壇會議在無錫召開。華中科技大學(xué)面向江蘇省錫山高級中學(xué)、華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)創(chuàng)建了AI 機(jī)器人科普教學(xué)基地，并在每年定期講授AI 機(jī)器人課程。這些舉措，在同學(xué)們中間引起了較大反響，促進(jìn)了同學(xué)們對人工智能、機(jī)器人等前沿領(lǐng)域的認(rèn)識與理解。 智能制造的核心技術(shù)包含數(shù)字化制造、人工智能、機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等。為了讓同學(xué)們更清晰地理解智能制造，并對人工智能和機(jī)器人等知識有一個(gè)全面把握，《智能制造之旅》應(yīng)運(yùn)而生。該書注重結(jié)合案例進(jìn)行科普性講述，同時(shí)配套動手實(shí)踐內(nèi)容，引導(dǎo)同學(xué)們快速理解智能制造的核心技術(shù)，比較適合做高中生的工程科學(xué)啟蒙書。 同學(xué)們，未來的制造業(yè)呼喚工程科學(xué)、技術(shù)科學(xué)人才，希望更多的你們選擇工程專業(yè)，為我們國家高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)力量！中國科學(xué)院院士丁漢2024年1月前言 在這個(gè)科技飛速發(fā)展的時(shí)代，制造業(yè)正融合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù)，形成全新的發(fā)展模式，推動制造向智能制造轉(zhuǎn)型升級。如今，全球市場經(jīng)濟(jì)交流合作規(guī)�？涨褒嫶�，全球經(jīng)濟(jì)的競爭不再僅僅局限于高效率的生產(chǎn)流程、高品質(zhì)的商品貨物，還拓展到了服務(wù)業(yè)態(tài)當(dāng)中，而智能制造賦予了企業(yè)更多與消費(fèi)者互動的機(jī)會，企業(yè)可以通過智能化的售后服務(wù)、定制化的產(chǎn)品體驗(yàn)等方式，與消費(fèi)者建立更加緊密的關(guān)系，提升用戶滿意度。與此同時(shí)，綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展理念逐漸成為共識，優(yōu)化生產(chǎn)流程和利用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的有效配置和能源的節(jié)約利用。智能新技術(shù)正在從各個(gè)領(lǐng)域推動制造業(yè)發(fā)展，掀起世界范圍內(nèi)的新一輪工業(yè)革命。 2015年，國務(wù)院正式發(fā)布了《中國制造2025》，確立了以推進(jìn)智能制造為主攻方向的行動綱領(lǐng)。為了完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，本書旨在向同學(xué)們介紹現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，以及當(dāng)前智能制造領(lǐng)域的重要概念與研究熱點(diǎn)。力求以通俗易懂、圖文并茂的形式向同學(xué)們深入淺出地描繪當(dāng)代高端制造行業(yè)的整體格局、核心技術(shù)、發(fā)展前景和典型案例。引導(dǎo)同學(xué)們多角度、全方位地了解和認(rèn)識智能制造技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用，厚植同學(xué)們對工程科學(xué)與技術(shù)科學(xué)的興趣，為大中工程教育銜接奠定基礎(chǔ)。 本書共分為4篇10章，其中：第1篇介紹智能制造的衍生與發(fā)展，包含第1、2、3章；第2篇介紹智能制造的核心技術(shù)，包含第4、5、6、7章；第3入世介紹智能制造的發(fā)展趨勢，包含第8章；第4篇介紹智能機(jī)器人實(shí)踐案例，包含第9、10章。 第1章智能制造的描述，闡述了智能與制造的概念，總結(jié)了智能制造的內(nèi)涵。 第2章智能制造的發(fā)展歷程，回顧了制造業(yè)從自動化到數(shù)字化再到智能化的發(fā)展歷程，指出了傳統(tǒng)工業(yè)強(qiáng)國的新時(shí)代發(fā)展框架對我國工業(yè)發(fā)展的啟示。 第3章智能制造的體系架構(gòu)，構(gòu)建了智能制造體系框架，總結(jié)了數(shù)字化制造、人工智能、機(jī)器人、數(shù)字孿生、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)五大核心技術(shù)，與制造資源的虛擬網(wǎng)絡(luò)化、人機(jī)交互性、自分析/自學(xué)習(xí)和自維護(hù)三大特征。 第4章數(shù)字化制造，講述了數(shù)字化制造的概念與發(fā)展歷史，并通過波音飛機(jī)數(shù)字化制造典型案例，直觀地介紹了數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)及其效果。 第5章人工智能，解釋了人工智能的由來，介紹了人工智能的發(fā)展歷史和核心技術(shù)，對人工智能的主要任務(wù)與應(yīng)用場景進(jìn)行了探討。 第6章機(jī)器人，闡述了機(jī)器人的內(nèi)涵，介紹了機(jī)器人的發(fā)展歷史和核心模塊組成，并通過典型應(yīng)用案例展示了機(jī)器人在多種任務(wù)場合中的實(shí)用性與優(yōu)越性。 第7章數(shù)字孿生，揭示了數(shù)字孿生以虛控實(shí)的本質(zhì)，探討了建模技術(shù)、可視化技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等核心技術(shù)。 第8章智能制造的未來趨勢，對智能制造的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，介紹了人�残畔ⅹ参锢硐到y(tǒng)、人-機(jī)-環(huán)境共融和未來工廠三個(gè)發(fā)展方向。 第9、10章智能機(jī)器人實(shí)踐，介紹了避障小車、擂臺機(jī)器人和智能搬運(yùn)機(jī)器人的搭建步驟、調(diào)試流程和操作方法，為同學(xué)們積累機(jī)器人開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、提升學(xué)習(xí)興趣提供幫助。 本書第1、2、3、4、6、8章由趙歡編著，第5、7章由張永編著，第9、10章由李娟編著。本書在撰寫期間也得到了創(chuàng)首科技(武漢)有限公司、北京博創(chuàng)尚和科技有限公司的大力支持，在此表示誠摯感謝。 智能制造涉及的領(lǐng)域廣泛，技術(shù)發(fā)展迅速。受限于編者視野和理論水平，書中難免存在錯(cuò)漏之處，敬請廣大讀者指正，以便后期校正修訂。趙歡2024年1月