序言 制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟主體和國家綜合實力的根本保障，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80年代末開始，我國芯片、半導體等關鍵核心技術領域發(fā)展出現(xiàn)瓶頸。智能制造是實現(xiàn)我國制造業(yè)跨越式進步、搶占制造技術制高點的突破口。 智能制造實現(xiàn)的關鍵還是在于人才培養(yǎng)，尤其是卓越工程師的培養(yǎng)。當前，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，同學們缺乏動手實踐能力、創(chuàng)新能力提升方面的鍛煉，缺乏對工程科學、技術科學的濃厚興趣，缺乏基本的工程素養(yǎng)。這也導致同學們在進入大學后，難以快速適應工程專業(yè)交叉學科的學習。 為了填補高校工程教育和高中工程教育銜接的空白，實現(xiàn)對同學們的啟智增慧、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。華中科技大學面向江蘇省錫山高級中學、華中師范大學第一附屬中學創(chuàng)建了AI 機器人科普教學基地，并在每年定期講授AI 機器人課程。這些舉措，在同學們中間引起了較大反響，促進了同學們對人工智能、機器人等前沿領域的認識與理解。 智能制造的核心技術包含數(shù)字化制造、人工智能、機器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等。為了讓同學們更清晰地理解智能制造，并對人工智能和機器人等知識有一個全面把握，《智能制造之旅》應運而生。該書注重結合案例進行科普性講述，同時配套動手實踐內容，引導同學們快速理解智能制造的核心技術，比較適合做高中生的工程科學啟蒙書。 同學們，未來的制造業(yè)呼喚工程科學、技術科學人才，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貢獻力量！中國科學院院士丁漢2024年1月前言 在這個科技飛速發(fā)展的時代，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，形成全新的發(fā)展模式，推動制造向智能制造轉型升級。如今，全球市場經(jīng)濟交流合作規(guī)�？涨褒嫶�，全球經(jīng)濟的競爭不再僅僅局限于高效率的生產(chǎn)流程、高品質的商品貨物，還拓展到了服務業(yè)態(tài)當中，而智能制造賦予了企業(yè)更多與消費者互動的機會，企業(yè)可以通過智能化的售后服務、定制化的產(chǎn)品體驗等方式，與消費者建立更加緊密的關系，提升用戶滿意度。與此同時，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)流程和利用先進的環(huán)保技術可以實現(xiàn)資源的有效配置和能源的節(jié)約利用。智能新技術正在從各個領域推動制造業(yè)發(fā)展，掀起世界范圍內的新一輪工業(yè)革命。 2015年，國務院正式發(fā)布了《中國制造2025》，確立了以推進智能制造為主攻方向的行動綱領。為了完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，本書旨在向同學們介紹現(xiàn)代先進制造技術的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，以及當前智能制造領域的重要概念與研究熱點。力求以通俗易懂、圖文并茂的形式向同學們深入淺出地描繪當代高端制造行業(yè)的整體格局、核心技術、發(fā)展前景和典型案例。引導同學們多角度、全方位地了解和認識智能制造技術及其相關應用，厚植同學們對工程科學與技術科學的興趣，為大中工程教育銜接奠定基礎。 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，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篇介紹智能機器人實踐案例，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，總結了智能制造的內涵。 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)強國的新時代發(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，構建了智能制造體系框架，總結了數(shù)字化制造、人工智能、機器人、數(shù)字孿生、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)五大核心技術，與制造資源的虛擬網(wǎng)絡化、人機交互性、自分析/自學習和自維護三大特征。 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，并通過波音飛機數(shù)字化制造典型案例，直觀地介紹了數(shù)字化制造的關鍵技術及其效果。 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，對人工智能的主要任務與應用場景進行了探討。 第6章機器人，闡述了機器人的內涵，介紹了機器人的發(fā)展歷史和核心模塊組成，并通過典型應用案例展示了機器人在多種任務場合中的實用性與優(yōu)越性。 第7章數(shù)字孿生，揭示了數(shù)字孿生以虛控實的本質，探討了建模技術、可視化技術、邊緣計算技術等核心技術。 第8章智能制造的未來趨勢，對智能制造的發(fā)展前景進行了展望，介紹了人�残畔ⅹ参锢硐到y(tǒng)、人-機-環(huán)境共融和未來工廠三個發(fā)展方向。 第9、10章智能機器人實踐，介紹了避障小車、擂臺機器人和智能搬運機器人的搭建步驟、調試流程和操作方法，為同學們積累機器人開發(fā)經(jīng)驗、提升學習興趣提供幫助。 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。 智能制造涉及的領域廣泛，技術發(fā)展迅速。受限于編者視野和理論水平，書中難免存在錯漏之處，敬請廣大讀者指正，以便后期校正修訂。趙歡2024年1月