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出版者:高等教育出版社

作者:孙洪程

出品人:

页数:386

译者:

出版时间:2006-2

价格:31.10元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040184655

丛书系列:

图书标签:

• 过程控制
• 化工控制
• 自动化
• 工业自动化
• 控制工程
• PID控制
• 系统辨识
• 模型预测控制
• MATLAB控制
• Simulink控制

《工艺流程优化与集成控制》 书籍概述 《工艺流程优化与集成控制》是一部深入探讨现代工业生产过程中，如何通过精细化的流程设计、先进的控制策略以及系统化的集成方法，实现生产效率最大化、产品质量稳定化、能源消耗最小化以及环境影响最小化的专业技术著作。本书旨在为化工、制药、食品、冶金、电力等多个行业的工程师、研究人员以及管理人员提供一套全面、系统的理论框架和实践指导，帮助他们应对日益复杂的生产挑战，掌握前沿的工艺控制技术，从而在激烈的市场竞争中取得优势。 本书并非一本简单的技术手册，而是着眼于整个工艺流程的生命周期，从前期的设计理念、中期的操作优化到后期的系统集成与智能管理，都进行了深入的剖析。它强调理论与实践的紧密结合，通过大量的案例分析和图示，将抽象的概念转化为具体的解决方案，使读者能够快速理解并应用于实际工作。 核心内容详解 第一部分：现代工艺流程设计基础与优化理念 本部分奠定了理解后续控制与集成工作的基础。首先，我们将回顾经典的工艺流程设计原则，并在此基础上，引入现代工艺流程设计的最新理念，包括模块化设计、流程强化技术（如微反应器、膜分离等）的应用，以及如何从源头上考虑安全性、环保性和经济性。 流程模拟与建模： 深入讲解常用的流程模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS等）的使用方法和技巧，以及如何建立准确的物性模型、反应模型和分离模型。重点在于如何利用模拟结果预测工艺行为，识别潜在问题，并进行参数优化。 热力学与相平衡： 强调精确的热力学计算在流程设计和优化中的重要性，复习关键的热力学概念，并介绍先进的相平衡计算方法，特别是对于复杂多组分体系。 传质传热单元操作： 详细阐述蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥、传热等基本单元操作的理论基础、设备选型原则以及操作优化方法。重点关注如何通过优化操作参数，提高效率，降低能耗。 反应工程原理： 深入探讨化学反应动力学、反应器类型及其选择，以及如何通过优化反应条件（温度、压力、催化剂、停留时间等）来提高转化率、选择性和收率。 绿色化学与可持续工艺设计： 介绍如何将绿色化学原则融入工艺设计，例如选择环境友好的溶剂、开发高效低毒的催化剂、最大化原子经济性、减少废物产生等。 第二部分：先进过程控制（APC）策略与技术 本部分是本书的核心，将系统性地介绍各种先进的控制策略，以及它们如何应用于实际的工艺过程中，以克服传统PID控制的局限性。 模型预测控制（MPC）： 详细讲解MPC的基本原理，包括模型建立（机理模型与数据驱动模型）、优化问题求解以及模型与控制器之间的交互。重点分析MPC在处理多变量耦合系统、具有约束条件和长延迟的工艺中的优势，并提供实际应用案例。 模糊逻辑控制（FLC）与神经网络控制（NNC）： 介绍FLC如何利用专家知识和模糊推理实现对复杂非线性系统的控制，以及NNC如何通过学习和自适应能力来提高控制性能。探讨其在缺乏精确数学模型或系统特性随时间变化的场景下的应用。 自适应控制（AC）： 讲解AC如何根据系统参数的变化，实时调整控制器的参数，以保持最优的控制效果。重点介绍各种自适应控制算法，如模型参考自适应控制（MRAC）和自调整控制器（STR）。 鲁棒控制： 探讨鲁棒控制的设计方法，使其能够在模型不确定性存在的情况下，仍然保证系统稳定性和性能。 多变量控制（MVC）： 深入研究如何同时控制多个相互关联的过程变量，以达到整体最优化的目标。介绍相对增益阵列（RGA）等分析工具，以及如何设计有效的多变量控制器。 批次过程控制： 专门针对批次生产过程的特点，介绍其独特的控制挑战，并讲解适用于批次过程的先进控制策略，如模型预测控制在批次过程中的应用、基于轨迹的控制等。 安全仪表系统（SIS）与联锁控制： 强调安全在过程控制中的首要地位，详细介绍SIS的设计原则、功能安全等级（SIL）评估，以及SIS与基本过程控制系统（BPCS）的集成。 第三部分：过程监控、诊断与优化 本部分关注如何利用各种技术手段，对生产过程进行实时监控，及时发现和诊断异常，并在此基础上进行持续的优化。 统计过程控制（SPC）： 介绍SPC的基本概念、工具（如控制图、能力指数等）及其在质量管理和过程监控中的应用，如何通过SPC识别过程中的非随机变异，并采取纠正措施。 故障检测与诊断（FDD）： 探讨各种FDD技术，包括基于模型的方法、基于数据的方法（如主元分析PCA、独立成分分析ICA）、以及专家系统等，如何快速准确地定位故障原因。 过程数据分析与挖掘： 介绍如何从海量的过程数据中提取有价值的信息，发现隐藏的规律，用于过程理解、优化和故障预测。 性能监测与评估： 讲解如何建立有效的性能指标体系，对过程的经济性、效率、能耗、排放等方面进行持续监测和评估。 实时优化（RTO）： 探讨如何将实时的数据与优化模型结合，对生产过程进行实时的、全局的优化，以最大化经济效益。 第四部分：系统集成与智能制造 本部分着眼于将过程控制提升到一个新的高度，实现生产过程的全面集成和智能化。 分层控制体系结构： 介绍过程控制的典型分层模型，从现场仪表层、控制层、管理层到企业层，以及各层之间的信息交互和控制关系。 企业资源计划（ERP）与制造执行系统（MES）的集成： 探讨如何将生产过程的控制信息与ERP和MES系统进行有效集成，实现生产计划、调度、执行和控制的无缝衔接。 工业物联网（IIoT）与大数据： 介绍IIoT在过程监控和数据采集中的作用，以及如何利用大数据技术赋能过程优化和智能决策。 云计算与边缘计算在过程控制中的应用： 探讨云计算和边缘计算如何支持大规模数据处理、模型部署和远程监控。 人机交互（HMI）与可视化： 强调设计直观有效的人机界面对于操作员的监控和决策至关重要，介绍优秀HMI的设计原则和现代可视化技术。 智能制造与工业4.0： 展望未来，结合当前工业4.0的发展趋势，探讨过程控制如何向更高级别的智能化、自动化和自主化迈进。 本书特色 全面性与深度： 覆盖从基础原理到前沿技术的广泛内容，同时深入剖析核心概念和实现方法。 实践导向： 结合丰富的实际案例，展示技术在不同工业领域中的应用及其效果。 易读性： 采用清晰的逻辑结构和生动的语言，配备大量的图表和公式，帮助读者理解复杂的概念。 前瞻性： 关注行业发展趋势，介绍新兴技术和未来方向。 目标读者 化工、石油、制药、食品、造纸、冶金、电力等行业的工艺工程师、控制工程师。 过程设计与优化领域的研发人员。 自动化、机械、化学工程等相关专业的高年级本科生和研究生。 工业自动化领域的系统集成商和技术服务人员。 关注生产过程效率提升和智能化转型的企业管理人员。 《工艺流程优化与集成控制》将是您在复杂而充满活力的工业生产领域中，构建高效、稳定、智能生产体系的宝贵指南。

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我花了整整一周的时间，才勉强跟上这本书的叙述节奏，坦白说，它比我预期的要“硬核”得多。它没有过多地去渲染某个概念的宏大叙事或者历史渊源，而是直截了当地将读者推入了核心的数学模型和动态系统的分析之中。那些关于PID控制器优化算法的推导过程，涉及到的拉普拉斯变换和Z变换的应用，读起来简直像在攀登一座陡峭的山峰，每一步都需要集中十二分的精神去理解其背后的逻辑链条。作者对“不确定性”和“鲁棒性”的探讨尤为深刻，他不仅仅给出了现有的解决方案，更深入剖析了这些方法在面对非线性干扰时的内在局限性，这种批判性的视角，让人不禁反思我们日常工作中过度依赖的那些“标准做法”是否真的无懈可击。读完某一章，我常常需要合上书本，在脑海中反复推演几次，才能真正将那些抽象的符号转化为可操作的工程直觉，这是一种痛苦却又极其充实的智力挑战。

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这本书的实用案例部分，是其最打动我的地方，它成功地弥合了纯理论与实际操作之间的巨大鸿沟。我特别留意了关于化工过程分离塔的案例分析，作者没有仅仅给出最终的控制策略，而是详尽地模拟了从现场传感器数据采集异常到故障诊断，再到控制回路重构的全过程。里面的流程图绘制得极为精细，每条管线、每个阀门的状态变化都对应着一个具体的数学表达式，这种可视化程度极大地帮助了我理解复杂的连锁反应。更令人惊喜的是，书中还穿插了一些行业内不太常公开的经验法则，比如针对特定粘度流体进行限位器设定的经验系数范围，这些是教科书上通常不会涉及，却在现场至关重要的“潜规则”。它让我感觉自己不是在看一篇学术论文，而是在听一位经验丰富、说话直率的资深工程师手把手地进行项目指导，那些来自真实工业现场的“汗味”，扑面而来。

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与其他同类书籍相比，我最欣赏这本书的是它对“未来趋势”的远见卓识。在讲完经典的、已被广泛应用的控制技术后，作者并未止步于此，而是用相当的篇幅探讨了新兴的机器学习和大数据分析在优化控制中的潜力与挑战。他非常坦诚地指出了当前深度学习模型在过程控制中面临的可解释性差、数据依赖性强等核心难题，并没有盲目地鼓吹技术万能论。这种清醒的认识，对于我们这些需要为未来五年、十年技术选型做准备的决策者来说，提供了非常有价值的参考框架。它鼓励我们以一种审慎而开放的态度去迎接智能化浪潮，而不是盲目追逐热点。这本书不仅教会了我如何解决今天的问题，更重要的是，它为我们指明了通往下一代智能工厂的理论路径。

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我发现这本书的作者在组织材料时，似乎遵循了一种非常独特的“螺旋上升”的教学法。初次接触某个概念时，它可能只是以一个简化的、近似的模型出现，足够让你建立一个基本的框架认知。然后，随着后续章节的深入，这个概念会不断地被引入新的约束条件、更复杂的耦合项，并被更高级的数学工具所重新审视和深化。这种处理方式，对于我这种偏向于“先求理解大概，再深入细节”的学习者来说，是一种非常友好的引导。它避免了一开始就用最复杂的理论把人吓跑，而是通过层层递进的方式，确保读者在每一次“升级”知识体系时，都有坚实的基础作为支撑。这种精心设计的知识地图，让学习过程充满了探索的乐趣，而不是枯燥的知识灌输，让人对后续章节充满了期待。

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这本书的装帧设计实在太棒了，封面采用了一种略带磨砂质感的深蓝色调，中央烫金的标题在灯光下闪烁着低调而沉稳的光芒。内页的纸张选择也十分考究，触感温润，墨迹清晰锐利，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。我尤其欣赏它在排版上的匠心独运——大量采用的留白处理，使得复杂的公式和图表得以喘息的空间，读者在面对密集的专业知识时，心理压力明显减轻。每当翻开它，都仿佛置身于一个精心布置的知识殿堂，而不是被信息洪流淹没的泥沼。章节之间的过渡自然流畅，小标题的层级划分清晰明了，这极大地提升了检索效率。对于我们这些需要经常查阅特定理论或模型参数的工程人员来说，这样的细节优化，简直是福音。它不仅仅是一本工具书，更是一件值得收藏的艺术品，体现了出版方对知识尊重和对读者体验的极致追求。这种对细节的执着，远超出了普通教材的范畴，更接近于一本严谨的学术专著的制作标准。

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