我國大力推動數智賦能中小企業(yè)數字化轉型，著力推進制造業(yè)信息化建設國產數控機床得到廣泛應用。本書對國產數控機床組線技術進行研究，闡述了數控機床組線的技術規(guī)范和柔性生產線的可靠性保障技術，探討了智能制造生產線的基本組成和發(fā)展趨勢。本書是圍繞國產數控機床組線關鍵技術，并結合作者在該領域的科研和工程實踐寫成的。
全書共分為5章，全面系統地介紹了各個行業(yè)對國產數控機床組線的需求、智能制造生產線組線布局技術、生產線布局的數字化建模、智能制造生產線組線性能的仿真分析；國產數控機床組線設備及刀具選型、國產數控機床生產控制規(guī)范、數控機床的可靠性評估與運維等。
本書可作為高等學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域的企業(yè)工程師、智能制造領域的研究人員等的參考用書。
本書針對當前我國中小企業(yè)數字化轉型和制造過程信息化建設的需求,結合作者長期以來在科研和工程方面的實踐經驗,主要針對國產數控機床組線關鍵技術進行研究，探討智能制造生產線的基本組成和發(fā)展趨勢；闡述數控機床組線的布局、仿真分析、設備選型等技術規(guī)范及可靠性保障技術，既有基本理論，也有相關的科研成果、場景案例和前沿介紹。既可作為高等學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域的企業(yè)工程師、智能制造領域的研究人員等的參考用書。
前言
制造業(yè)是國民經濟和綜合國力的支柱產業(yè)，關系著國計民生的發(fā)展。近十年來，人們將制造技術與飛速發(fā)展的信息技術有機融合，逐漸形成新一代先進制造技術。生產線是制造業(yè)中的關鍵元素，對生產線設計提供有效的技術支持，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、新結構、新材料后，汽車零部件生產線、航空結構件加工不得不大量使用國外高檔數控機床。國產數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機床產業(yè)發(fā)展的技術瓶頸，引起行業(yè)和學術界高度關注。這些嚴重制約著國產數控機床的市場推廣和工程化應用，急需全面梳理數控機床組線資源，分析重點行業(yè)對組線工藝的需求，開展國產數控機床組線方法研究，為重點領域對成套數控裝置及組線配套技術需求提供指導性參考。
本書針對當前我國中小企業(yè)數字化轉型和制造過程信息化建設的需求,結合作者長期以來在科研和工程方面的實踐經驗,主要針對國產數控機床組線關鍵技術進行研究，探討智能制造生產線的基本組成和發(fā)展趨勢；闡述數控機床組線的布局、仿真分析、設備選型等技術規(guī)范及可靠性保障技術，既有基本理論，也有相關的科研成果、場景案例和前沿介紹。
全書共分為5章，全面系統地介紹了各個行業(yè)對國產數控機床組線的需求、智能制造生產線組線布局技術、生產線布局的數字化建模、智能制造生產線組線性能的仿真分析；國產數控機床組線設備及刀具選型、國產數控機床生產控制規(guī)范、數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基金（IS24076），國家自然科學基金（51575055），高檔數控機床與基礎制造裝備科技重大專項（2015ZX04001002），北京市自然科學基金重點項目(KZ201211232039)，北京市自然科學基金重點項目（21JC0016），北京市科學技術委員會、中關村科技園區(qū)管理委員會計劃項目（Z201100008320004），北京市屬高等學校人才強教深化計劃學術創(chuàng)新團隊資助項目(PHR201106132)，北京市科技計劃(D121100004112001、D08010400130801）等項目的資助。感謝國家自然科學基金委員會、高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專項實施管理辦公室、北京市自然科學基金委員會、北京市科學技術委員會的支持。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、北京信息科技大學中小企業(yè)數字化轉型賦能中心暨未來數智產業(yè)學院和北京市高水平教學團隊項目的支持，對北京市教▲委和北京信息科技大學的支持表示感謝！
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
王紅軍，北京信息科技大學教授，北京市高層次創(chuàng)新計劃領軍人才。獲得教▲育▲部科技進步二等獎等科技獎勵10多項，承擔國家自然科學基金、國家科技重大專項等科研項目，出版專著6部，教材15部，發(fā)表學術論文150多篇。
王翰洋，博士，美國伊利諾伊大學芝加哥分校碩士學位，青年學者，主要從事人工智能與風險評估信息技術的研究，兼具跨學科領域視野，參加國家自然科學基金和北京市自然科學基金項目，研究內容包括深度學習模型，構建動態(tài)風險評估技術體系，發(fā)表學術論文多篇，出版著作1部。
第1章緒論1
1.1國產數控機床的行業(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)生產線的現狀7
1.2.1汽車行業(yè)數控機床發(fā)展現狀7
1.2.2汽車生產線關鍵零部件的國內外發(fā)展現狀8
1.2.3國產數控機床在汽車行業(yè)生產線的應用需求18
1.3智能制造與智能工廠19
1.3.1智能制造生產線組成20
1.3.2智能裝配生產線組成22
1.4智能制造生產線的關鍵環(huán)節(jié)24
1.4.1生產線規(guī)劃設計24
1.4.2信息系統建設25
1.4.3自動化設備集成25
1.4.4人員培訓與組織變革26
第2章智能制造生產線組線布局技術27
2.1生產線布局的基本原則32
2.1.1生產線類型32
2.1.2生產線布局的基本形式33
2.1.3生產線布局設計的基本原則40
2.1.4生產線布局要素42
2.2基于SLP的車間布局設計43
2.2.1生產線布局規(guī)劃方法43
2.2.2生產線布局約束條件43
2.2.3生產線布局初步設計43
2.3生產線布局的數字化建模46
2.3.1數字化建模涉及的因素47
2.3.2數字化建模的方法47
2.3.3構建生產線設備的3D數字模型48
2.4生產線物流系統分析與優(yōu)化49
2.4.1生產線布局評價方法49
2.4.2構建物流模型51
2.5實例：汽車零部件凸輪軸生產線的布局規(guī)劃設計51
2.5.1實例背景51
2.5.2凸輪軸生產線的布局設計52
2.5.3構建加工設備和物流設備的3D數字模型61
2.5.4生產線物流系統分析與優(yōu)化61
2.6某鋁合金結構件生產線的布局67
2.7某發(fā)動機葉片的生產線布局69
第3章智能制造生產線性能的仿真分析70
3.1智能制造生產線的仿真分析與優(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智能制造生產線仿真分析設計規(guī)范75
3.2.1任務需求響應指標75
3.2.2生產資源管理指標76
3.2.3作業(yè)疲勞程度評價指標78
3.2.4生產線建模的完整性78
3.3設計階段的評價指標體系79
3.3.1車間規(guī)劃原則79
3.3.2設施布局方案評價指標79
3.3.3數控裝備的選型原則80
3.4調試驗證階段的評價指標體系82
3.5運行階段的評價指標體系83
3.5.1生產線可靠性評價指標83
3.5.2評價指標體系的構建84
3.5.3加工設備的可靠性評價指標84
3.5.4設備效能關鍵績效指標90
3.5.5維修決策指標體系91
3.5.6生產線可靠性影響因素指標體系91
3.5.7生產線仿真模型的評價標準92
3.6凸輪軸生產線系統的仿真與性能評價93
3.6.1基于Petri網的生產線仿真模型構建93
3.6.2四期凸輪軸生產線系統仿真結果分析與優(yōu)化95
3.6.3四期凸輪軸生產線人員規(guī)劃與優(yōu)化分析99
3.7基于數字孿生的葉片生產線仿真106
3.7.1生產線數字孿生模型構建108
3.7.2葉片生產線仿真分析與優(yōu)化114
第4章國產數控機床組線設備及刀具選型116
4.1加工設備選擇116
4.1.1加工設備選擇指標116
4.1.2加工設備選擇步驟118
4.1.3加工設備選擇算法118
4.1.4國產數控機床的選擇規(guī)范124
4.2刀具的選擇126
4.2.1數控加工刀具的分類126
4.2.2數控加工對刀具的要求127
4.2.3數控刀具的失效形式128
4.2.4數控加工刀具的幾何參數128
4.2.5刀具安裝位置對刀具幾何角度的影響132
4.2.6數控加工中切削用量的選擇原則132
4.2.7數控加工刀具的選擇方法133
4.2.8國產數控機床刀具的選擇流程141
第5章國產數控機床生產控制規(guī)范143
5.1數控機床的結構特點143
5.2數控機床故障分類144
5.3數控機床故障總體特點145
5.4數控機床機械故障診斷方法147
5.4.1簡單方法147
5.4.2現代診斷方法148
5.5數控機床運行狀態(tài)監(jiān)測的內容和步驟152
5.6數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、動特性和精度的數控機床綜合性能評價163
5.8汽車零部件生產線關鍵設備的故障間隔分析167
5.8.1生產線設備的故障間隔分析方法167
5.8.2某變速器生產線設備的故障間隔時間分布模型的應用175
5.9基于故障模式的生產線關鍵設備運行狀態(tài)分析178
5.9.1設備故障模式分析的基本原理178
5.9.2生產線設備的故障模式、影響分析（FMEA）180
5.9.3生產線關鍵設備的危害性分析（CA）183
5.9.4某凸輪軸生產線磨床子系統故障分析184
5.9.5某凸輪軸生產線磨床的危害性分析187
5.10汽車零部件生產線設備的選擇性維修決策技術190
5.10.1可靠性維修理論190
5.10.2生產線可靠性維修方式決策模型191
5.10.3汽車零部件生產線的選擇性維修決策191
5.11汽車零部件生產線關鍵設備的故障預測技術198
5.11.1基于RBF神經網絡生產線關鍵設備故障預測方法198
5.11.2基于RBF神經網絡生產線關鍵設備故障預測應用201
5.11.3基于遺傳算法優(yōu)化神經網絡的生產線關鍵設備故障
預測方法203
5.12基于網絡的生產線服役狀態(tài)監(jiān)測與預測209
5.12.1基于網絡的生產線服役狀態(tài)監(jiān)測與預測系統框架209
5.12.2生產線設備的狀態(tài)監(jiān)測與信息獲取210
5.12.3基于網絡的生產線服役狀態(tài)監(jiān)測與預測系統的功能模塊212
5.12.4系統實現215
參考文獻217
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