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出版者:人民交通出版社

作者:吴永平

出品人:

页数:221

译者:

出版时间:2002-3

价格:12.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787114041310

丛书系列:

图书标签:

• 工程机械
• 可靠性
• 维修
• 故障诊断
• 预防性维护
• 寿命预测
• 试验
• 设计
• 质量控制
• 机械工程

《工业自动化与控制系统》 内容简介 在现代工业生产日益追求高效、精准与智能化的浪潮中，工业自动化与控制系统已成为驱动产业升级、提升竞争力的核心引擎。本书深入剖析了工业自动化与控制系统在理论、技术、应用及发展趋势等方面的全貌，旨在为读者构建一个全面而深入的理解框架，帮助相关领域的工程师、技术人员、研究学者以及对此感兴趣的从业者，掌握驱动工业未来发展的关键技术。 本书的结构设计旨在循序渐进，从基础概念入手，逐步深入到复杂系统设计与应用。 第一部分：工业自动化的基本原理与架构 本部分将首先阐释工业自动化的定义、发展历程及其在现代制造业中的重要作用。我们将探讨自动化的基本层次，包括现场级、控制级、管理级以及企业级，并详细介绍构成自动化系统的关键要素：传感器、执行器、控制器以及通信网络。 传感器技术：详细介绍各类工业传感器的原理、分类（如温度、压力、流量、位移、液位、气体、视觉等传感器）及其在不同工业场景下的选择与应用。我们将深入分析传感器的精度、分辨率、响应时间、抗干扰能力等关键性能指标，以及新兴的智能传感器和物联网（IoT）传感器在工业环境中的集成应用。 执行器技术：涵盖各种执行器的类型，包括电机、电磁阀、液压缸、气动元件等，以及它们如何根据控制信号实现物理动作。我们将分析不同执行器的功率、速度、精度、寿命和能耗等特性，并探讨伺服系统和步进电机在精密控制中的应用。 控制器技术：这是自动化系统的“大脑”。本书将详细介绍各类控制器，包括可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、以及基于PC的控制器。我们将深入讲解PLC的编程语言（如梯形图、指令表、功能块图、结构化文本），DCS的系统架构、通信方式及容错机制，以及PC控制的灵活性与高精度优势。同时，还会涉及运动控制器、机器人控制器等专用控制器。 通信网络技术：工业通信是实现自动化系统协同工作的生命线。本书将详细介绍工业以太网（如Ethernet/IP, PROFINET, EtherCAT）、现场总线（如PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, Modbus）以及无线通信技术（如Wi-Fi, LoRa, 5G）在工业环境中的应用。我们将分析不同通信协议的特点、带宽、实时性、可靠性及安全性，并探讨工业物联网（IIoT）中不同通信技术的融合与挑战。 第二部分：工业控制系统的核心理论与方法 本部分将聚焦于实现稳定、高效、精确控制背后的理论基础与先进方法。 经典控制理论：从PID（比例-积分-微分）控制器讲起，深入解析PID参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法、试验整定法等），以及各种改进型PID算法（如模糊PID、自适应PID）在复杂工况下的表现。我们将回顾传递函数、系统阶跃响应、频率响应等概念，并介绍根轨迹、Bode图、Nyquist图等分析工具。 现代控制理论：引入状态空间方法，分析线性连续/离散系统。我们将探讨可控性、可观性、稳定性等基本概念，并介绍最优控制（如LQR）、模型预测控制（MPC）等先进控制策略。MPC因其能够处理约束条件和优化性能指标的优势，在现代复杂工业过程控制中扮演着越来越重要的角色，本书将对其进行重点阐述。 数字控制系统：分析采样理论、脉冲传递函数、离散化方法等数字控制的关键要素。我们将探讨数字控制系统的设计与实现，包括数字滤波器的设计、数字控制器参数整定，以及数字控制器在抗干扰和实现复杂控制算法方面的优势。 自适应与鲁棒控制：针对工业过程中参数变化、外部扰动等不确定性因素，本书将介绍自适应控制（如基于模型参考的自适应控制MRAC、自调整增益控制器STR）和鲁棒控制（如H∞控制）等，旨在提高控制系统的性能和稳定性。 第三部分：先进的工业自动化技术与应用 本部分将深入探讨驱动工业自动化向更高层次发展的关键技术，以及它们在不同行业的广泛应用。 机器人技术与应用：详细介绍工业机器人的类型（如关节机器人、SCARA机器人、Delta机器人、协作机器人）、运动学与动力学分析、路径规划与轨迹生成。我们将探讨机器人视觉系统、力/力矩传感器的集成应用，以及机器人在装配、焊接、搬运、检测等领域的实际案例。 计算机视觉与图像处理：阐述机器视觉在工业自动化中的核心作用，包括图像采集、预处理、特征提取、目标识别与跟踪、尺寸测量、缺陷检测等。我们将介绍不同类型的工业相机、光源、镜头，以及常用的图像处理算法和深度学习在视觉检测中的应用。 物联网（IoT）与工业物联网（IIoT）：解析IIoT的概念、架构、关键技术（如传感器网络、边缘计算、云计算、大数据分析、区块链）及其在工业领域的应用，如设备状态监测、预测性维护、供应链优化、能源管理等。我们将探讨IIoT如何实现设备间的互联互通，以及数据驱动的决策如何提升生产效率和运营效益。 大数据分析与人工智能（AI）在工业中的应用：结合IIoT采集的海量数据，本书将介绍如何利用大数据分析技术挖掘潜在价值，如工艺优化、故障诊断、生产预测等。特别是，将重点阐述机器学习、深度学习等AI技术在模式识别、异常检测、智能调度、自主决策等方面的应用，以及AI如何赋能工业4.0。 人机交互（HMI）与监控与数据采集（SCADA）系统：详细介绍HMI的设计原则、功能模块，以及SCADA系统的架构、通信方式、数据处理与显示功能。我们将探讨HMI/SCADA如何为操作人员提供直观的生产过程可视化界面，实现生产监控、报警管理、数据记录与报表生成。 制造执行系统（MES）：深入理解MES在企业信息系统中的定位，以及它如何连接ERP（企业资源计划）与车间自动化控制系统。我们将阐述MES的核心功能，如生产调度、物料追踪、质量管理、设备管理、绩效管理等，以及MES如何实现生产过程的精细化管理与实时优化。 第四部分：工业自动化系统的设计、实施与维护 本部分将回归工程实践，为读者提供系统设计、实施及长期维护的实用指导。 系统集成与工程实施：涵盖项目启动、需求分析、系统方案设计、设备选型、供应商管理、现场安装、调试与集成测试等关键环节。我们将强调项目管理在自动化工程中的重要性，以及如何有效协调多方资源，确保项目按时、按质、按预算完成。 系统安全与信息安全：随着工业系统的互联互通程度不断提高，网络安全和信息安全变得至关重要。本书将讨论工业控制系统（ICS）的安全威胁、风险评估方法，以及安全防护措施，如防火墙、入侵检测/防御系统（IDS/IPS）、访问控制、数据加密、安全审计等，以应对日益严峻的网络攻击。 系统维护与故障诊断：讲解预测性维护、预防性维护、纠正性维护等不同的维护策略。我们将介绍常用的故障诊断方法和工具，如通过日志分析、状态监测、故障树分析（FTA）等，以及如何建立有效的维护流程，保障系统的长期稳定运行。 标准化与合规性：简要介绍与工业自动化相关的国际和国家标准（如IEC 61508功能安全标准、ISA-95/ISA-99等），以及在不同行业（如化工、电力、食品饮料、汽车制造）中应遵循的特定行业规范和法规。 第五部分：工业自动化的发展趋势与挑战 展望未来，本部分将探讨工业自动化领域的前沿动向和面临的挑战。 工业4.0与智能制造：深入解读工业4.0的核心理念，包括互联互通、信息透明、技术协助和分布式决策，以及智能制造如何通过物联网、大数据、人工智能、云计算等技术实现生产过程的智能化、柔性化和定制化。 人机协同与增强智能：探讨未来工作模式中，人类与自动化系统如何更紧密地协同工作，以及如何通过AI增强人类的能力，实现更高效、更人性化的生产。 可持续发展与绿色制造：分析工业自动化在节能减排、资源循环利用、环保生产等方面的作用，以及如何通过自动化技术实现绿色制造和可持续发展目标。 新兴技术的影响：如数字孪生（Digital Twin）在生产过程的模拟、优化与预测中的应用，边缘计算（Edge Computing）如何支持实时决策与降低网络负荷，以及量子计算等颠覆性技术可能对工业自动化带来的长远影响。 本书内容丰富，结构严谨，理论与实践相结合，力求为读者提供一个系统、深入的学习平台。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解工业自动化与控制系统的精髓，掌握其核心技术，洞察其发展趋势，从而在快速变化的工业环境中，更好地应对挑战，抓住机遇，为推动中国乃至全球工业的智能化转型贡献力量。

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这本《机械设计基础》简直是为我这种机械专业学生量身定做的入门宝典。开篇的材料力学部分，作者用非常直观的图示和丰富的工程实例，把那些晦涩难懂的应力、应变、弯矩和扭矩的概念讲得透彻明白了。特别是关于疲劳强度和断裂韧性的章节，不再是枯燥的公式堆砌，而是深入浅出地剖析了破坏的内在机理，让我对“安全系数”的理解上升到了一个新的高度。书中还穿插了大量现代制造工艺对设计的影响，比如增材制造对结构优化的启发，这让这本书的时效性非常强。结构设计部分，对标准件的选用和配合公差的讲解细致入微，无论是螺栓连接的预紧力计算，还是滑动轴承的润滑设计，都提供了清晰的步骤和详尽的计算表格，这在实际项目绘图时简直是救命稻草。总的来说，它不仅仅是一本教科书，更像是一个经验丰富的老工程师手把手的指导，对提升工程思维的严谨性帮助极大。

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《先进材料科学与工程》这本书的广度和深度都令人咋舌，它成功地在宏观的材料应用和微观的晶体结构之间架起了一座坚实的桥梁。开篇对晶格结构和缺陷理论的阐述，非常清晰地解释了为什么同一种金属在不同热处理条件下性能差异巨大。随后对金属合金、高分子材料以及陶瓷材料的分类讨论，不仅仅是简单罗列性能参数，而是深入挖掘了其微观结构决定宏观性能的内在逻辑。我特别喜欢其中关于功能材料的部分，例如压电陶瓷和形状记忆合金的工作原理，作者用生动的比喻解释了其耦合效应。这本书的排版也十分精良，大量的显微照片和图谱质量极高，使得对材料内部形貌的观察变得直观而清晰。它为我理解新型复合材料的界面行为提供了坚实的理论基础，是一本能显著提升材料设计直觉的优秀参考书。

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我最近在研究大型港口起重机的动态稳定性问题，翻阅了这本《结构动力学导论》，感受到了作者深厚的学术功底和严谨的治学态度。这本书的理论深度非常令人敬佩，它从最基本的自由振动分析入手，逐步过渡到有阻尼、有激励的多自由度系统，最后的章节点出了非线性系统和随机激励的复杂情况，逻辑层层递进，毫不含糊。特别是作者在推导模态分析公式时，对矩阵求解和特征向量的物理意义解释得非常到位，没有用太多跳跃性的数学语言，即便是对这方面有些畏惧的读者也能跟上思路。更让我印象深刻的是，书中的算例大多取材于土木工程和机械工程中的大型结构，例如桥梁的振动控制和风洞试验的简化模型，这些都极大地拓宽了我的研究视野。要说不足，可能对于初学者来说，第一部分的基础理论略显密集，需要反复研读才能完全吸收，但对于有一定基础的研究者而言，这无疑是一部不可多得的深度参考书。

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读完这本《现代控制系统理论》，我彻底修正了以往对PID控制的朴素认知。这本书的叙事风格极其流畅，不像很多控制理论书籍那样让人昏昏欲睡，它更像是在娓娓道来一个完整的控制系统设计哲学。从状态空间表示法的引入开始，作者就巧妙地将时间和频率域的概念联系起来，通过李雅普诺夫稳定性判据的讲解，让读者真正理解了“稳定”在数学和物理上的双重含义。书后半部分介绍的现代控制方法，如极点配置和最优控制（LQR），讲解得清晰明了，结合Simulink的仿真案例，让抽象的算法变得触手可及。我特别欣赏作者对鲁棒性和自适应控制的讨论，这在面对实际工程中传感器噪声和系统参数漂移时显得尤为重要。这本书的价值在于，它不只教你如何“做”控制，更教你如何从系统层面去“思考”控制，对于从事自动化和机器人领域的工程师来说，是提升理论素养的绝佳选择。

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这本《数值计算方法及其应用》简直是计算机辅助工程（CAE）爱好者的福音。我过去一直依赖现成的软件库来处理复杂的方程求解，但这本书让我有机会回溯到算法的源头。作者对插值、数值积分和微分方程的离散化处理极其详尽。例如，拉格朗日插值和样条插值的误差分析对比，非常细致地展示了每种方法的适用边界和精度陷阱。数值解线性方程组时，对高斯消元法、LU分解以及迭代法的稳定性和收敛速度的比较分析，提供了非常实用的工程判断依据。最值得称道的是，作者没有停留在理论层面，而是通过大量的伪代码和C++的实现示例，展示了如何将数学算法转化为高效的计算机程序。对于需要进行有限元分析或计算流体力学前处理的工程师来说，理解这些底层算法的数值特性，是避免计算失败和结果失真的关键所在。

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