智能生产线布局与设计

智能制造作为一颗冉冉升起的璀璨明星，焕发着光彩和勃勃生机，它将是未来中国经济的增长引擎。全球掀起的第四次工业革命浪潮，是我们作为制造业大国向制造业强国转变，实现现代化工业强国梦的巨大历史机遇。智能制造是新的广阔天地、新的时代战场、新的变革起点。“撸起袖子，加油干”可以作为我们广大科研工作者和工程技术人员的座右铭。民族的振兴、国家的繁荣富强，还需我辈苦心钻研，辛勤付出，从而厚积薄发，并以求知和探索的实干精神书写新的篇章。
智能制造是全球制造业发展的趋势，智能制造系统作为智能制造技术的集成应用环境，目前已成为主要工业发达国家提早布局的重点。虽然我国的制造业已经取得令世界瞩目的成就，但是当前我国的工业仍处于低附加值水平，大而不强，缺乏核心技术，转型升级的任务依然艰巨。
智能制造是个交叉学科，综合性较强，知识面较广，主要包括工程图学、工程力学、机械原理及设计、电工电子学、公差与检测、数字化制造、智能设计与仿真、智能装备与控制、机器人工程、智能传感、工业互联网与物联网、工业大数据、智能运维与健康管理、智能制造系统规划与管理等诸多技术门类。广义上来讲，智能制造是一个很大的系统，涵盖智能设计、智能工厂（生产环节）、智能车间、智能生产线、智能管理、智能服务等方面，并覆盖产品设计、生产到销售的全生命周期，将会给工业生态带来深远的变革。篇幅所限，本书主要对智能制造中的关键部分——智能生产线布局与设计做充分阐述和介绍，以求达到以小见大、举一反三的效果。书中的内容多以实践经验为主，减少了枯燥乏味的叙述，增加了大量的案例图片。本书第1章绪论部分，主要对智能制造做大致的介绍，包括各种新技术的应用；第2章到第5章，主要讲解智能生产线的基本内容、组成单元、布局及设计等；第6章和第7章，通过对新能源行业中汽车锂电池和太阳能电池的生产线案例介绍，让读者加深对智能化生产线设计的理解，以求达到使初学者更好地吸收和融合知识的目的。本书的编写不仅为了传承我国在工业化发展进程中的宝贵经验，更重要的是通过概括凝练生产线设计制造实践经验，为从事或即将步入该行业的相关技术人员或初学者提供学习参考。
本书在编写的过程中参考了近些年出版的著作和论文，还曾得到万真荣、邓新春、江华军、高子君、代先刚、马康、昆山卓天傲精密机械总经理吕华、昆山迈柯特精密机械总经理彭易民、昆山佰林特精密机械总经理周祥春、昆山祥涛精密机械总经理黄秀强、青岛（西安）世亚精密管件运营经理王勇等的大力支持和帮助，在此向有关的著作者、企事业单位和友人表示衷心的问候和诚挚的谢意。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在疏漏之处，敬请读者与同行批评指正。

编著者  
于江苏昆山  

智能制造将为我国工业发展带来机遇，而智能生产线则是企业实现智能制造的重要基础。本书在简要介绍智能制造基本概念和技术应用的基础之上，详细讲解了智能生产线结构组成、布局和设计的方法及流程，并进而通过新能源汽车锂电池智能生产线和太阳能电池智能生产线的设计案例来展现智能生产线在智能工厂中的技术应用。
本书可供制造类企业转型升级借鉴参考，也可供智能制造相关技术人员学习提高，还可供高等院校相关专业师生作为教材使用。

第1章 绪论 001
1.1 生产制造概述 002
1.1.1 生产制造的定义 002
1.1.2 生产制造的流程 002
1.1.3 我国主要的生产制造模式 003
1.1.4 我国生产制造现状及趋势 006
1.2 智能制造的定义与发展 007
1.2.1 智能制造的优势 007
1.2.2 智能制造的定义 008
1.2.3 企业如何实现智能化 012
1.3 智能工厂的定义与建设 013
1.3.1 智能工厂的定义 013
1.3.2 智能工厂的组成 014
1.4 5G网络的技术应用 017
1.4.1 5G无线网络相比有线网络更具优势 018
1.4.2 5G无线网络的技术应用 019
1.5 人工智能的技术应用 021
1.5.1 人工智能技术 021
1.5.2 人工智能技术在智能生产线的应用 022
1.6 AGV小车的技术应用 023
1.6.1 AGV小车技术 023
1.6.2 AGV小车的技术应用 024
1.6.3 AGV小车对生产现场的要求 026
1.7 智能传感器的技术应用 027
1.7.1 智能传感器技术 027
1.7.2 智能传感器的技术应用 028
1.8 RFID射频识别的技术应用 029
1.8.1 RFID射频识别技术 029
1.8.2 RFID射频识别技术的技术应用 030

第2章 智能生产线的布局 032
2.1 生产线的发展历程 033
2.2 智能生产线的特征与基本要求 037
2.2.1 智能生产线的特征 037
2.2.2 智能生产线开发的基本要求 038
2.3 智能生产线的发展趋势 039
2.4 智能生产线的开发流程 041
2.5 产品结构工艺分析 042
2.6 生产工艺流程设计 044
2.6.1 生产工艺流程设计的原则 045
2.6.2 生产工艺流程设计的流程 045
2.7 智能生产线的布局原则与意义 045
2.7.1 影响智能化生产线布局的因素 046
2.7.2 智能化生产线布局原则 048
2.7.3 科学合理的智能化生产线布局的意义 050
2.8 智能生产线的布局方法与流程 051
2.8.1 智能生产线布局设计方法 052
2.8.2 生产线的布局流程 056
2.9 智能生产线的布局类型 057

第3章 智能生产线的组成单元 060
3.1 智能生产线的分类及组成 061
3.1.1 智能生产线的分类 061
3.1.2 智能生产线的组成 062
3.2 智能仓储单元 065
3.2.1 智能仓储单元的组成 065
3.2.2 智能仓储单元的设计 066
3.3 智能上下料单元 067
3.3.1 AGV小车+工业机器人	 068
3.3.2 AGV小车+输送线 069
3.3.3 AGV小车+桁架上下料 070
3.4 智能物流单元 071
3.4.1 物料输送单元的作用 071
3.4.2 物料输送单元应满足的要求 072
3.4.3 物料输送单元的主要输送形式 072
3.4.4 物料输送单元的设计 075
3.5 智能加工和装配单元 076
3.6 机器人工作站 078
3.6.1 机械手与工业机器人 078
3.6.2 工业机器人的组成 079
3.6.3 工业机器人的分类 080
3.6.4 工业机器人的应用实例 081
3.6.5 机器人焊接工作站 082
3.7 智能检测单元 083
3.8 数据采集和生产管理系统 085
3.8.1 数据的来源 085
3.8.2 数据采集形式 086
3.8.3 数据管理系统 087
3.8.4 生产管理调度 088

第4章 智能生产线的总体设计 091
4.1 智能生产线的总体设计要求及原则 092
4.1.1 智能生产线的总体设计要求 092
4.1.2 智能生产线的总体设计原则 094
4.1.3 智能生产线的总体设计和实施应达到的目标 095
4.2 智能生产线的总体设计流程 095
4.3 智能生产线的总体设计 098
4.4 智能生产线总体机械设计 100
4.4.1 机械安全要求 101
4.4.2 机械设计一般要求 101
4.4.3 材料选型一般要求 103
4.4.4 制造装配要求 103
4.4.5 气动系统要求 103
4.5 智能生产线的总体电气设计 104
4.5.1 电气总体设计要求 105
4.5.2 电路设计 108

第5章 新能源汽车锂电池智能生产线设计 113
5.1 新能源汽车主要动力电池介绍 114
5.2 新能源汽车动力电池包 117
5.2.1 新能源汽车常见的电池包结构分类 117
5.2.2 新能源汽车锂电池包 118
5.3 新能源汽车锂电芯顶盖智能生产线设计 120
5.3.1 锂电芯生产工艺流程 120
5.3.2 锂电芯顶盖装配工艺流程 121
5.3.3 防爆阀组装焊接设备 122
5.3.4 中段组装设备 124
5.3.5 超声波-极柱焊接设备 131
5.3.6 氦检设备 131
5.3.7 电阻检测设备 133
5.4 新能源汽车锂电池模组智能生产线设计 134
5.4.1 新能源汽车锂电池模组智能 生产线整线概述 134
5.4.2 电芯预处理段 143
5.4.3 电芯堆叠 148
5.4.4 加温固化 149
5.4.5 电芯模组焊接段 149
5.5 新能源汽车锂电池包智能生产线设计 153
5.5.1 新能源汽车电池Pack智能生产线整线概述 153
5.5.2 锂电池Pack智能生产线整体要求 155
5.5.3 锂电池Pack智能生产线设计 155

第6章 太阳能电池智能生产线设计 168
6.1 太阳能技术 169
6.2 太阳能光伏行业发展趋势 170
6.3 太阳能电池组件的构成 172
6.3.1 太阳能电池的分类 173
6.3.2 光伏组件的构成 174
6.4 太阳能电池片智能生产线设计 176
6.4.1 晶硅电池片生产的工艺过程 176
6.4.2 太阳能电池片智能生产线设计 180
6.5 太阳能电池组件智能生产线设计 181
6.5.1 太阳能电池组件生产工艺 181
6.5.2 太阳能电池组件智能生产线设计 182
6.5.3 前段设备电池片的互连 183
6.5.4 太阳能组件的层压 184
6.5.5 太阳能电池组件装框、参数检测及包装 185

附录 189
附录-1 常用的零件材料及处理方式 190
附录-2 热处理方式与表面处理方式 191
附录-3 常用的标准件品牌 193
附录-4 常用的执行元件、控制元件、辅助元件名称及示例图片 195

参考文献 214