本书从机器人自动化集成系统的角度，对所涉及的机器人、PLC、机器视觉、设计仿真、数字孪生、并行协同、网络通信、人工智能等方面的理论和技术进行细致讲解，结合NX MCD仿真工具，对典型案例进行总体设计和技术剖析，既充分体现各相关技术的无缝集成，又突出系统技术之间的内在联系。本书面向机器人自动化集成系统设计和仿真领域，以系统集成为核心，体现系统性观点；理论与实践紧密结合，体现开放性特点；从不同角度进行提炼总结，理论分析、性能仿真、软件开发、系统测试有机融合，构建机器人自动化集成系统完整设计开发体系。本书可作为高等院校机器人工程、智能制造工程、自动化、机电一体化、机械制造及相关专业高年级学生或研究生的教材或参考书，也可供机器人自动化技术相关领域的工程技术人员学习使用。

工业4.0和中国制造2025推动制造业向数字化、智能化转型。数字孪生通过对物理对象进行完全数字化重构，实现物理设备设计、制造、调试和运行维护的全生命周期镜像可视化，正在引起制造业广泛关注。受人口老龄化影响，劳动力成本不断上升，制造业产业结构逐渐由劳动密集型向技术密集型转变，机器人已成为制造业转型的重要枢纽，机器换人是大势所趋。同时，人工智能赋予机器人新活力，使得机器人能以与人类智能相似的方式做出反应，不仅能代替人类大部分体力劳动，也可以代替部分脑力劳动。机器人集成系统以工业机器人为基础，与PLC、传感器、执行器、智能仪表、智能控制器等设备共同构建机器人自动化生产系统，是机器人产业链最后一个环节。机器人集成系统项目是非标准化的，难以批量复制，不同项目需要根据现场的具体生产要求进行私人定制。
机器人自动化集成技术是一门综合性、多学科交叉的技术，对于学习机器人相关学科的高等院校学生或从事该领域设计开发的企业技术人员具有巨大挑战性。
术业有专攻，机电软协同，工欲善其事，必先利其器。为了更好地满足高等院校工程型人才的培养需求，给广大读者提供一本实用的专业教材和参考书，作者结合多年来的技术研发积累和工程应用实践编写本书。本书力图将理论分析与实际应用有机结合，全方位涵盖工业机器人、机器视觉、数字孪生、机电软一体化、物联网、深度学习、人工智能和机器人全集成等前沿技术，既全面保持内容的新颖性，又充分展现技术的引领性。按照理论分析 案例设计 仿真工具 信息交互的编写思路，形成机器人自动化集成系统整体设计的系统思维和应用基础，使读者真正掌握机器人自动化集成技术。
本书共6章，主要包括以下内容：
第1章 机器人集成技术，包括机器人、PLC、通信系统和视觉系统、系统接口和工业通信网络等内容；
第2章 数字孪生技术，包括建模仿真、数字孪生、虚拟调试、数物交互等内容；
第3章 机电软协同设计，包括系统模块化、机电软模块化、多学科并行协同等内容；
第4章 基于数字孪生的自动化集成技术，包括控制、数据集成，系统、工艺、工厂分级仿真，物联交互等内容；
第5章 基于人工智能的自动化集成技术，包括工业智能、深度学习、人机协作、机器人全集成等内容；
第6章 基于NX MCD的机器人自动上下料系统，包括NX MCD应用、系统集成控制、数字孪生建模、联合虚拟调试等设计过程和技术解析。
他山之石，可以攻玉。希望本书能起到抛砖引玉的作用，广大读者学习本书后，多练习多实践，知其然知其所以然（Know-how Know-why），最终能够使用NX MCD软件快速高效地进行设计开发，为提升我国智能制造水平贡献力量。
本书由燕山大学郑魁敬、宁波大学冯永飞、燕山大学牛建业共同编写完成。本书编写过程中，参考了许多文献，特向这些作者表示感谢。
由于作者水平有限，书中不当之处敬请读者批评指正。

编著者
2024年6月

无

第1章　机器人集成技术 001
1.1　机器人技术 002
1.1.1　机器人发展概述 002
1.1.2　机器人基本组成 004
1.1.3　机器人常见类型 008
1.2　系统集成 013
1.2.1　控制系统 014
1.2.2　通信系统 020
1.2.3　视觉系统 024
1.3　接口技术 030
1.3.1　系统接口 030
1.3.2　工业通信网络 031
1.3.3　OPC技术 035
思考题与习题 039

第2章　数字孪生技术 040
2.1　仿真技术 041
2.1.1　建模仿真 042
2.1.2　设计与仿真融合 044
2.1.3　联合仿真 048
2.2　数字孪生 051
2.2.1　概述 051
2.2.2　智能制造数字孪生 054
2.2.3　装备行业数字孪生 060
2.3　虚拟调试 065
2.3.1　概述 065
2.3.2　软件/硬件在环 070
2.3.3　数物交互 075
思考题与习题 078

第3章　机电软协同设计 079
3.1　系统模块化 080
3.1.1　模块化设计思想 080
3.1.2　系统功能设计 082
3.1.3　系统模块设计 083
3.2　功能模块化 084
3.2.1　机械模块化 084
3.2.2　电气模块化 086
3.2.3　软件模块化 087
3.3　并行协同 089
3.3.1　系统化设计 089
3.3.2　并行设计 091
3.3.3　协同设计 094
思考题与习题 099

第4章　基于数字孪生的自动化集成技术 100
4.1　多元集成 101
4.1.1　工业自动化系统 101
4.1.2　控制集成 104
4.1.3　数据集成 106
4.2　分级设计 108
4.2.1　制造系统数字孪生 108
4.2.2　制造工艺过程仿真 111
4.2.3　制造工厂系统仿真 118
4.3　物联交互 126
4.3.1　机器互联 126
4.3.2　IT与OT融合 129
4.3.3　工业物联网 136
思考题与习题 141

第5章　基于人工智能的自动化集成技术 142
5.1　人工智能推动智能制造发展 143
5.1.1　工业智能构建制造业智能化基础 143
5.1.2　人工智能在智能制造中的应用 148
5.1.3　人工智能全方位促进制造业发展 150
5.2　人工智能赋予机器人新活力 153
5.2.1　人工智能引发机器人行业变革 154
5.2.2　智能工业机器视觉 156
5.2.3　机器人智能协作 161
5.3　人工智能助力自动化集成 166
5.3.1　人工智能与工业自动化融合 166
5.3.2　ChatGPT引领工业自动化迈向智能化 167
5.3.3　机器人自动化全集成化繁为简 173
思考题与习题 183

第6章　基于NX MCD的机器人自动上下料系统 184
6.1　NX MCD软件概述 185
6.1.1　基本特点 185
6.1.2　主要功能 187
6.1.3　实现步骤 188
6.2　机器人自动上下料系统构成 189
6.2.1　系统需求分析 189
6.2.2　系统硬件组成 190
6.2.3　系统集成控制 192
6.3　机器人自动上下料系统数字孪生 199
6.3.1　系统机电模型 199
6.3.2　系统虚拟调试 217
6.3.3　系统测试验证 231
思考题与习题 233

参考文献 234

附录 235