本书系统地介绍了智能装备设计、制造、使用和运维等全生命周期所需的基础理论和方法，涵盖了智能装备各个方面的内容，展示了机械、信息、材料等多学科交叉融合与前沿技术创新的特点，系统地探讨了智能装备从理论到实践的整个过程。
本书本着少而精的原则，力求做到内容新颖、重点突出、以点带面。第1 章为绪论，简要介绍了智能装备设计生产与运维的基本概念、重要性和发展趋势；第2~4 章分别对智能装备设计理论与技术、智能装备生产技术和智能装备运维技术进行了阐述；第5 章、第6 章对智能机器人和高端数控装备的设计、生产和运维技术进行了介绍。本书既注重基础知识和基础理论的讲解，又理论联系实际，力求达到培养应用型人才的目的。
本书适用于已具有一定机械基础的学习者，包括在高等院校或职业学校的学生以及从业人员，可作为高等工科院校智能制造类专业的教材，用于课堂教学和学习参考，同时适合工程技术人员及相关领域的从业人员阅读参考，可帮助提升其机械知识和技能。

本书旨在系统性地介绍智能装备设计、生产和运维的核心理论与技术，通过分享智能装备相关理论和实际案例，培养具备实用技能的应用型人才，是在参考大量国内外相关研究和工程实践的基础上，结合作者团队多年的研究成果编写而成。
全书共6 章，本着少而精的原则，力求做到内容新颖、重点突出、以点带面。

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》中指出，推动制造业高端化、智能化、绿色化是实现新型工业化的重要途径，也是推动我国从制造大国向制造强国迈进的重要抓手。智能装备作为智能制造的核心载体，已经成为推动制造业升级、提高生产效率和产品质量的重要驱动力。新一轮科技与产业革命正推动智能装备设计、生产与运维技术迅速发展，支撑行业数字化转型与智能化升级。把握数字化、网络化、智能化发展机遇，构建智能制造体系，推动关键核心技术攻关，补齐产业短板，才能推动机械装备产业转型升级，形成新的竞争优势。本书围绕智能装备的设计理论、生产技术、运维技术、设计生产与运维一体化实例等内容，进行深入分析与闸述，旨在为培养具备智能制造装备设计、生产与运维综合素质的应用型人才提供系统化的知识体系和技术能力支撑，使其能够解决智能制造领域的实际问题，进而推动技术创新和产业进步。
随着新一代信息技术的发展，在装备的设计理论与技术方面，更多先进的设计技术已经在机械制造以及装备设计领域得到了广泛应用。这一发展得益于完善的智能设计系统，即人机高度协作、知识高度集成的系统，这些系统具有自组织能力、开放的体系结构以及大规模知识集成化处理环境，能够稳定可靠地支持设计过程。通过应用智能设计系统，能够实现高效、灵活和可持续化的装备设计过程。这些系统通过整合人工智能技术、专家系统、神经网络和机器学习技术，强化了设计过程的自动化，并与计算机集成制造相结合，实现了设计制造一体化集成，提升了设计的质量与效率，帮助企业在竞争中更好地满足市场需求并创造更大的价值。
智能装备生产技术是一种综合性制造技术，它将先进的科技手段与制造业相结合，旨在提高装备的生产效率、产品质量和生产灵活性。这类技术涵盖了从设计、加工、装配到控制、监控和维护等各个环节，以实现装备制造的智能化和自动化。智能装备生产技术的核心目标是通过集成先进技术，使制造设备和生产系统具备更高的智能化水平，以应对市场需求的变化和提高企业的竞争力。
人工智能、物联网、大数据和机器学习等技术的集成应用，为智能装备赋予了前所未有的运维能力。物联网技术能够收集大量装备运行数据，不仅能实时监测设备状态，还可通过高阶数据分析功能，识别装备性能退化趋势，预测潜在故障的发生。云计算技术的融合使得设备运维可以跨越地理界限，实现远程监控和管理。此外，通过机器学习算法的持续优化，不断提升维护的准确性和效率。这种自动化和智能化的融合不仅确保了设备的高效运行，也推动了整个行业向更高水平的技术整合和创新发展。
以智能机器人和高端数控装备的设计生产与运维过程为例，通过智能装备设计理论与技术、生产技术与运维技术在智能机器人和高端数控装备设计生产与运维过程中的应用，满足现代制造业对高效、灵活和智能化的需求，推动智能装备制造向智能化、网络化和服务化方向不断迈进。同时将智能装备的设计、制造和运维过程进行整合，展现设计制造与运维一体化技术的重要性，实现生产资源的最优配置和生产效率的最大化。
本书旨在系统性地介绍智能装备设计、生产和运维的核心理论与技术，通过分享智能装备相关理论和实际案例，培养具备实用技能的应用型人才，是在参考大量国内外相关研究和工程实践的基础上，结合作者团队多年的研究成果编写而成。全书共6 章，本着少而精的原则，力求做到内容新颖、重点突出、以点带面。第1 章为绪论，简要介绍了智能装备设计生产与运维的基本概念、重要性和发展趋势；第2~4 章分别对智能装备设计理论与技术、智能装备生产技术和智能装备运维技术进行了阐述；第5 章和第6 章对智能机器人和高端数控装备的设计、生产和运维技术进行了介绍。最后，对智能装备设计与制造的未来发展进行了展望，提出了值得深入探讨的战略性与前沿性问题。这些问题围绕智能装备设计与制造的创新路径、技术进步对产业变革的推动作用，以及如何在全球竞争中提升我国智能装备的核心竞争力等方面展开，期望读者通过思考这些问题，深入领悟智能装备技术发展的规律，为推动智能制造理论与技术的创新奠定坚实基础。本书在注重基础知识与理论讲解的同时，强调理论与实际的紧密结合。在本书的结构设计中，每个章节不仅仅局限于阐述基本概念和原理，还涵盖了与智能装备相关的最新技术和实际应用，深入探讨其在现代制造业中的具体应用情况，揭示其在整个工业体系中的重要位置，旨在帮助读者建立系统的知识体系，同时培养其实际操作能力和创新思维，使其在未来的工作中能够灵活应对复杂的实际问题，从而更好地适应和推动现代制造业的快速发展。
本书由合肥工业大学訾斌教授和中国科学院院士、浙江大学谭建荣教授任主编，主要负责全书架构搭建。合肥工业大学祖磊、浙江大学冯毅雄编写第1 章，合肥工业大学赵萍、钱森和李元编写第2 章、第3 章，合肥工业大学刘征宇编写第4 章；合肥工业大学董方方、钱森编写第5 章，合肥工业大学田晓青编写第6 章。中国工程院院士、管理

高等院校老师

序
前言
第1 章　绪论 1
1.1　智能装备概述 1
1.1.1　智能装备的定义与特点1
1.1.2　智能装备的特征与意义3
1.1.3　智能装备的分类 4
1.1.4　智能装备发展趋势6
1.2　智能装备设计 7
1.2.1　智能装备设计类型及方法.7
1.2.2　智能装备设计的评价11
1.3　智能装备制造 12
1.3.1　智能制造技术发展背景和意义 12
1.3.2　智能装备制造特征、目标及发展趋势 13
1.3.3　智能制造过程 16
1.4　智能运维与健康管理18
1.4.1　智能运维与健康管理概述18
1.4.2　智能运维的功能18
1.4.3　智能运维在智能设备中的应用 21
1.5　智能装备设计生产运维一体化23
1.5.1　设计与生产的协同23
1.5.2　生产与运维的整合24
1.5.3　一体化实施的关键技术26
第２章　智能装备设计理论与技术 28
2.1　引言 28
2.1.1　智能装备设计理论与技术概述 28
2.1.2　智能装备设计理论与技术发展历程 30
2.2　机械设计理论与方法32
2.2.1　机械设计基本原理32
2.2.2　机械设计流程与方法34
2.2.3　机械设计中的创新与优化42
2.3　现代设计理论与方法46
2.3.1　现代设计理论概述46
2.3.2　智能装备数字化设计49
2.3.3　数字化设计制造的未来趋势58
2.3.4　现代设计方法与工具介绍60
2.4　智能机械设计方法与技术67
2.4.1　智能机械 67
2.4.2　智能机械总体设计72
2.4.3　智能机械设计方法74
2.5　装备设计方法与技术78
2.5.1　装备设计基本要求78
2.5.2　装备系统主要分析方法82
2.5.3　装备系统设计 85
第3 章　智能装备生产技术 108
3.1　引言 108
3.1.1　智能装备生产技术概述108
3.1.2　智能装备生产技术发展历程109
3.1.3　工业生产中的智能装备112
3.2　机械制造技术基础113
3.2.1　传统机械制造工艺113
3.2.2　数控加工技术 114
3.2.3　智能车削生产线118
3.3　高性能制造理论与技术120
3.3.1　智能精密加工中心120
3.3.2　柔性制造系统设计128
3.4　关键基础智能部件的设计生产134
3.4.1　智能装备核心部件的设计134
3.4.2　智能装备核心部件的生产135
3.4.3　智能传感器的设计与制造136
3.4.4　人工智能与自动化技术在部件生产中的应用 138
3.5　智能机械制造技术139
3.5.1　智能机械制造加工基础139
3.5.2　新型制造加工技术144
3.6　装备制造技术 148
3.6.1　装备制造关键技术支撑148
3.6.2　装备制造管理 148
第4 章　智能装备运维技术 157
4.1　引言 157
4.1.1　智能装备运维的背景和意义157
4.1.2　智能装备运维关键技术.158
4.1.3　智能装备运维技术的发展现状与趋势 161
4.2　物联网与状态智能感知162
4.2.1　物联网基本概述162
4.2.2　物联网架构与技术165
4.2.3　基于物联网的装备状态智能感知 167
4.3　云计算与装备远程运维169
4.3.1　云计算基础 169
4.3.2　装备远程运维技术171
4.3.3　云计算与装备远程运维的融合 .173
4.3.4　云计算在装备远程运维中的应用实践 178
4.3.5　技术挑战与前景展望181
4.4　智能监控与可预测性维护182
4.4.1　装备智能监控技术182
4.4.2　基于智能监控的装备可预测性维护 186
4.4.3　智能装备可预测性维护应用188
4.4.4　挑战与展望 190
4.5　机器学习与故障诊断191
4.5.1 机器学习基础 191
4.5.2 故障诊断概述 195
4.5.3 机器学习算法在故障诊断中的应用 196
4.5.4 未来发展趋势及展望201
4.6　智能装备全生命周期管理系统202
4.6.1 装备全生命周期管理系统基础 202
4.6.2 系统功能 205
4.6.3 装备全生命周期各阶段应用208
第5 章　智能机器人设计与生产 214
5.1　引言 214
5.1.1 智能机器人的基本概念214
5.1.2 智能机器人的分类216
5.1.3 智能机器人的发展现状.219
5.1.4 智能机器人的核心技术简介 221
5.2　智能机器人总体设计228
5.2.1 总体设计原则 228
5.2.2　智能机器人机械结构230
5.2.3 智能机器人传感器245
5.2.4 智能机器人控制系统249
5.2.5 智能机器人协作系统255
5.3　智能机器人的设计与生产260
5.3.1 机器人减速器 260
5.3.2 机器人控制器 264
5.3.3　机器人驱动器 268
5.4　智能机器人设计制造运维一体化技术 273
5.4.1 一体化技术的理论基础与关键技术 273
5.4.2　机器人设计与运维的数据交互 294
5.4.3　机器人制造与运维的数据对接 297
5.4.4　机器人设计与制造的协同工作流程 299
5.4.5　数据驱动的一体化优化策略302
第6 章　高端数控装备智能设计生产与运维 305
6.1　引言 305
6.1.1　高端数控装备的基本概念305
6.1.2　高端数控装备的分类311
6.1.3　高端数控装备的发展前景与挑战 312
6.2　智能数控机床设计与生产314
6.2.1　引言 314
6.2.2　智能数控机床总体设计317
6.2.3　智能数控机床设计与生产320
6.3　增材制造装备设计与生产326
6.3.1　增材制造技术概述326
6.3.2　增材制造技术发展326
6.3.3　增材制造产业发展327
6.3.4 　增材制造装备设计与生产328
6.3.5　智能增材制造装备与运维334
6.4　增减材复合制造技术与装备338
6.4.1　增减材复合制造技术概述338
6.4.2　减材复合制造技术的装备与工艺 341
6.