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、设计仿真、数字孪生、并行协同、网络通信和自动化集成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，形成一个完整体系。

本书可供机器人技术相关领域的工程技术人员学习使用，也可作为高等院校机器人、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。

1章 机器人集成技术 001

1.1 机器人技术 001

1.1.1 机器人发展概述 001

1.1.2 机器人基本组成 003

1.1.3 机器人常见类型 007

1.2 系统集成 013

1.2.1 控制系统 013

1.2.2 通信系统 019

1.2.3 视觉系统 023

1.3 接口技术 029

1.3.1 系统接口 029

1.3.2 工业通信网络 031

1.3.3 OPC技术 034

2章 数字孪生技术 039

2.1 仿真技术 039

2.1.1 建模仿真 040

2.1.2 设计与仿真融合 043

2.1.3 联合仿真 046

2.2 数字孪生 049

2.2.1 概述 050

2.2.2 智能制造数字孪生 052

2.2.3 装备行业数字孪生 059

2.3 虚拟调试 063

2.3.1 概述 064

2.3.2 软件/硬件在环 069

2.3.3 数物交互 073

3章 机电软协同设计 077

3.1 系统模块化 077

3.1.1 模块化设计思想 077

3.1.2 系统功能设计 079

3.1.3 系统模块设计 080

3.2 功能模块化 081

3.2.1 机械模块化 082

3.2.2 电气模块化 084

3.2.3 软件模块化 085

3.3 并行协同 087

3.3.1 系统化设计 087

3.3.2 并行设计 089

3.3.3 协同设计 092

4章 NX MCD作基础 097

4.1 NX MCD概述 097

4.1.1 基本特点 097

4.1.2 主要功能 098

4.1.3 实现步骤 100

4.2 NX MCD基本作 101

4.2.1 机械模型 101

4.2.2 电气模型 112

4.2.3 仿真控制 123

4.3 作演示 136

4.3.1 模型定义 137

4.3.2 仿真设置 149

4.3.3 虚拟运行 156

5章 基于数字孪生的自动化集成技术 158

5.1 多元集成 158

5.1.1 工业自动化系统 158

5.1.2 控制集成 161

5.1.3 数据集成 164

5.2 分级设计 166

5.2.1 制造系统数字孪生 166

5.2.2 制造工艺过程仿真 169

5.2.3 制造工厂系统仿真 176

5.3 物联交互 184

5.3.1 机器互联 184

5.3.2 IT与OT融合 187

5.3.3 工业物联网 195

6章 工程设计案例 200

6.1 机器人激光熔覆系统（NX MCD） 200

6.1.1 系统构成 201

6.1.2 虚拟调试 206

6.1.3 系统测试 220

6.2 机器人自动化线集成系统（Demo3D） 223

6.2.1 系统构成 223

6.2.2 虚拟调试 230

6.2.3 系统测试 239

6.3 机器人磨削加工集成系统（NX MCD） 245

6.3.1 系统构成 245

6.3.2 虚拟调试 248

6.3.3 系统测试 264

参考文献 268

“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，逐渐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，工业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。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，对于从事该领域设计开发的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。为了给广大读者提供一本实用的专业教材和参考书，根据行业需求，结合作者在燕山大学的技术研发积累和广东利元亨智能装备股份有限公司的工程应用实践编著了本书。本书力图通过深入浅出的语言和典型实用的案例，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、机电软模块化设计，多学科并行协同设计等内容；

第4章 NX MCD操作基础，包括NX MCD中的机械、电气定义，控制序列设置，虚拟仿真运行等基本操作；

第5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6章 工程设计案例，包括激光熔覆、自动化线和磨削加工领域的机器人自动化集成系统案例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，广大读者阅读本书后，要多练习多实践，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。

本书由郑魁敬、姚建涛共同编著完成，郑魁敬负责统稿。

本书编写过程中，参考了许多有关文献，特此向这些作者表示感谢。同时感谢代方园、廉磊、王萌萌、郝任义、郜秀春等研究生的辛勤付出。最后感谢广东利元亨智能装备股份有限公司周俊杰副总经理的精诚合作和谢冬梅经理的密切配合。

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

2022年2月于燕山大学机械馆