工业智能：方法与应用

第一篇 工业智能基础
第1章 工业智能概述 / 002
1．1 智能制造概述 / 002
1．1．1 智能制造的概念及参考架构 / 002
1．1．2 智能制造的核心 / 009
1．2 工业智能概述 / 019
1．2．1 工业智能的概念 / 019
1．2．2 工业智能的分类 / 023
参考文献 / 029
第2章 工业智能基础 / 031
2．1 工业智能算法基础 / 031
2．1．1 工业智能的机器学习任务 / 031
2．1．2 常用工业智能经典算法 / 035
2．1．3 深度学习算法 / 042
2．2 工业智能流程 / 045
2．2．1 数据收集 / 046
2．2．2 数据预处理和特征工程 / 047
2．2．3 模型训练和强化 / 049
2．3 工业智能场景 / 051
2．3．1 预测性维护 / 051
2．3．2 质量检验与保证 / 052
2．3．3 制造流程优化 / 052
2．3．4 供应链优化 / 054
2．3．5 人工智能驱动的网络安全和隐私 / 054
2．3．6 自动物理安全 / 054
2．3．7 自动化数据管理 / 054
2．3．8 智能助手 / 055
2．3．9 人工智能驱动的研发 / 055
2．3．10 自主资源勘探 / 055
参考文献 / 055
第二篇 设计阶段的工业智能
第3章 结构设计的特征识别与优化 / 059
3．1 智能设计研究现状 / 060
3．1．1 智能设计研究方法 / 060
3．1．2 产品智能CAD设计研究现状 / 062
3．2 产品智能设计框架 / 063
3．3 智能设计中的关键技术 / 064
3．3．1 三维模型检索技术 / 064
3．3．2 加工特征自动识别技术 / 068
3．3．3 设计方案优化 / 070
3．4 基于点云语义分割的下颌角术前截骨规划 / 077
3．4．1 计算机辅助技术在下颌角术前截骨规划中的应用 / 077
3．4．2 下颌角点云语义分割网络 / 078
3．4．3 实验设计与结果 / 080
参考文献 / 082
第4章 设计文档结构化分析 / 087
4．1 国内外相关技术研究现状 / 088
4．1．1 标准电子文档文本提取及结构化相关研究 / 088
4．1．2 航空标准电子文档关键词自动提取技术的相关研究 / 089
4．1．3 航空标准电子文档信息检索技术相关研究 / 091
4．2 基于规则匹配的文本去噪和结构化方法 / 093
4．2．1 航空标准电子文档数据说明 / 093
4．2．2 航空标准电子文档文本去噪和结构化技术路线 / 098
4．2．3 基于开源工具的航空标准电子文档的文本提取实验 / 099
4．2．4 基于规则匹配的文本去噪方法 / 103
4．2．5 航空标准电子文档的文本数据存储结构 / 106
4．2．6 文本树的生成方法 / 108
4．3 航空标准电子文档关键词自动提取数据预处理方法 / 110
4．3．1 中文文档关键词自动提取方法技术路线 / 111
4．3．2 中文分词模型 / 111
4．3．3 停用词过滤 / 113
4．4 关键词提取案例 / 114
参考文献 / 119
第5章 装配工艺智能设计 / 124
5．1 装配工艺设计进展与现状 / 124
5．1．1 装配工艺信息建模研究现状 / 124
5．1．2 装配工艺规划研究现状 / 126
5．1．3 装配工艺评价研究现状 / 127
5．2 基于知识图谱的装配工艺智能设计方法 / 128
5．2．1 基于知识图谱的装配工艺信息建模 / 128
5．2．2 基于Bi-LSTM的装配工艺信息模型构建方法 / 133
5．2．3 基于图嵌入的装配工艺生成方法 / 136
5．2．4 基于点云深度学习的装配干涉检测方法 / 144
5．3 某航空发动机压气机转子部件装配实例与验证 / 147
5．3．1 装配工艺知识图谱数据库自动构建 / 147
5．3．2 基于图嵌入的装配工艺自动生成 / 152
5．3．3 多装配工艺方案可行性评价 / 155
参考文献 / 158
第三篇 制造阶段的工业智能
第6章 工业缺陷图像智能检测 / 162
6．1 工业缺陷图像检测进展与现状 / 162
6．1．1 工业缺陷图像检测的定义 / 162
6．1．2 工业缺陷图像检测发展历程 / 164
6．1．3 基于深度学习的工业缺陷图像检测进展 / 165
6．2 基于卷积神经网络的铸件缺陷检测模型 / 175
6．3 基于注意力机制的细粒度铸件缺陷识别方法 / 176
6．4 基于深度学习的铸件射线图像检测案例 / 179
6．4．1 输入分析 / 179
6．4．2 训练过程分析 / 180
6．4．3 输出分析 / 182
6．4．4 模型评估 / 184
6．4．5 成果展示 / 185
6．5 面向工业缺陷识别的可解释性深度学习方法 / 186
6．5．1 工业缺陷检测过程的可解释性需求分析 / 186
6．5．2 可解释性分析研究现状 / 187
6．5．3 基于可解释性方法的焊缝缺陷检测案例 / 188
参考文献 / 189
第7章 人工作业行为检测与监控 / 194
7．1 作业行为检测与监控的进展与现状 / 194
7．2 作业行为检测与监控算法总体框架 / 197
7．2．1 人体姿态估计 / 197
7．2．2 行为检测 / 201
7．2．3 作业安全监控 / 205
7．3 基于深度学习的作业行为检测与监控方法 / 205
7．3．1 基于OpenPose的骨架提取与建模 / 205
7．3．2 基于双流LSTM融合网络的作业行为特征提取 / 208
7．3．3 作业行为检测识别 / 214
7．3．4 基于GRU的作业行为流程序列编码 / 215
7．3．5 基于规范性感知网络的作业行为规范性权重挖掘 / 217
7．3．6 基于逻辑回归的规范性判断 / 220
7．4 基于作业行为检测的人机协作装配案例 / 222
7．4．1 案例介绍 / 222
7．4．2 实验环境设置 / 225
7．4．3 功能验证 / 225
参考文献 / 227
第8章 制造过程的人机协同 / 231
8．1 人机协同研究进展与现状 / 231
8．1．1 研究动机 / 231
8．1．2 目标物体检测 / 235
8．1．3 散乱对象拾取 / 237
8．1．4 人机协作 / 238
8．2 人机协作环境中的场景理解 / 239
8．2．1 散乱场景的虚拟数据集构建 / 240
8．2．2 基于视觉的物体识别与定位 / 244
8．2．3 抓取顺序与机器人姿态调节方法 / 253
8．3 基于强化学习的人机协同 / 264
8．3．1 机器人感知基础 / 264
8．3．2 基于强化学习的任务决策 / 266
8．3．3 基于强化学习的人机协同制造 / 272
8．4 案例研究 / 278
8．4．1 散乱零件的识别与拾取 / 278
8．4．2 发电机装配 / 282
参考文献 / 287
第四篇 运维阶段的工业智能
第9章 生产作业运行智能管控 / 293
9．1 生产作业运行智能管控进展与现状 / 293
9．2 基于知识图谱的生产作业智能管控模型 / 298
9．2．1 生产全过程状态感知模型 / 298
9．2．2 面向生产过程的数据建模 / 299
9．2．3 面向生产全过程的知识图谱构建 / 306
9．3 数据驱动的生产作业智能管控优化技术 / 311
9．3．1 纺纱生产工艺流程设计与布局仿真优化技术 / 311
9．3．2 基于工业互联网平台的纺纱生产全流程 / 315
9．3．3 生产过程在线检测与生产状态远程监控技术 / 317
9．3．4 基于工业大数据平台的协同优化 / 323
9．4 生产作业智能管控案例 / 330
9．4．1 环锭纺纱能耗智能管控平台架构设计方案 / 330
9．4．2 基于最小量化误差的纺纱能耗智能监控与预警 / 332
9．4．3 基于状态驱动的纺纱能耗智能调控 / 333
9．4．4 基于核心影响因素的纺纱能耗分析预测 / 334
参考文献 / 336
第10章 设备故障诊断与预防性维修 / 341
10．1 设备故障诊断与预防性维修进展与现状 / 341
10．2 设备故障诊断 / 346
10．2．1 基于CNN的设备故障诊断 / 346
10．2．2 基于卷积神经网络的设备故障诊断方法 / 348
10．2．3 基于卷积神经网络的设备故障诊断案例 / 351
10．3 设备预防性维修 / 355
10．3．1 基于迁移学习的设备预防性维修 / 355
10．3．2 基于迁移学习的设备预防性维修方法 / 359
10．3．3 基于迁移学习的设备预防性维修案例 / 364
参考文献 / 370
第五篇 工业智能热点研究
第11章 设备故障诊断与预防性数字孪生与工业智能 / 376
11．1 数字孪生进展与现状 / 376
11．1．1 数字孪生发展历程 / 376
11．1．2 相关工作 / 378
11．1．3 数字孪生定义和参考模型 / 379
11．2 数字孪生装配 / 386
11．2．1 基于数字孪生的装调理论体系 / 386
11．2．2 体系方法 / 386
11．2．3 应用案例 / 394
11．3 数字孪生加工 / 396
11．3．1 面向加工的数字孪生模型 / 396
11．3．2 加工过程中的智能方法 / 400
11．3．3 数字孪生加工案例 / 406
11．4 数字孪生智能评估 / 407
11．4．1 模型智能评估思想 / 408
11．4．2 模型保真度评估方法 / 413
11．4．3 评估案例 / 418
参考文献 / 422
第12章 设备故障诊断与预防性AI+AR辅助下的制造 / 427
12．1 AR概述 / 427
12．1．1 AR的定义及发展 / 427
12．1．2 AR关键技术 / 428
12．2 面向AR的加工过程信息多视图构建与交互 / 430
12．2．1 基于AR的加工过程信息集成模型描述与定义 / 430
12．2．2 面向AR的加工过程信息多视图构建方法 / 431
12．2．3 面向AR的加工过程信息多视图交互方法 / 434
12．3 基于多元信息融合的模型虚实融合方法 / 437
12．3．1 虚实融合基本思想与流程 / 438
12．3．2 梯度描述符离线学习 / 438
12．3．3 多元信息融合的在线识别与追踪 / 443
12．3．4 方法验证与讨论 / 449
12．4 基于AR的加工原型系统开发与案例分析 / 454
12．4．1 原型系统开发与实现 / 454
12．4．2 系统功能验证与应用实例 / 458
参考文献 / 463