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页数:249

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出版时间:2009-6

价格:30.00元

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isbn号码:9787111268697

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好的，这是一本关于工业自动化和机器人技术原理与应用的专业教材的详细简介，该书旨在为读者提供扎实的理论基础和前沿的技术视野，内容涵盖了从基础电工电子知识到复杂的控制系统集成。 --- 图书名称：《智能制造系统：原理、架构与实践》 图书简介 本书全面深入地探讨了现代智能制造系统的核心技术、设计理念与工程实践。作为一本面向高年级本科生、研究生以及一线工程技术人员的专业参考书，它不仅系统梳理了工业自动化领域的基础理论，更着重于介绍当前工业4.0浪潮下，智能系统如何集成信息技术（IT）与运营技术（OT）来实现高效、柔性与可持续的生产制造。 全书结构严谨，逻辑清晰，共分为七个主要部分，共计二十二章，内容涵盖面广而精，力求理论与应用并重。 第一部分：制造系统基础与自动化原理（第1章-第3章） 本部分为全书的理论基石，旨在为读者构建一个坚实的工程学背景。 第1章：现代制造模式的演进与挑战 本章首先回顾了从大规模生产到精益制造，再到智能制造的产业发展脉络。重点分析了当前全球制造业面临的挑战，如个性化定制需求增加、供应链复杂化以及可持续发展压力。引入了工业互联网（IIoT）的概念，阐述了数据驱动决策在现代工厂中的核心地位。 第2章：电工电子技术基础回顾 本章对读者进行必要的知识回顾。内容包括半导体器件基础（二极管、晶体管的特性与应用）、常用模拟与数字电路（运算放大器、逻辑门电路、时序逻辑电路）的工作原理。特别强调了工业环境下的信号调理技术和抗干扰设计原则，为后续的传感器与执行器部分的学习打下基础。 第3章：传感器与变送技术 详细介绍了各类工业传感器的工作原理、选型标准与安装注意事项。内容涵盖了测量温度、压力、流量、位移、光电、接近量等关键物理量的传感器。重点剖析了智能传感器（如集成微处理器和数字通信接口的传感器）的优势及其在数据采集中的应用，并深入讲解了各类变送器的标定与线性化处理。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）深度解析（第4章-第7章） 本部分是工业控制的核心内容，专注于当今工厂自动化“神经中枢”——PLC的理论、编程与应用。 第4章：PLC的硬件结构与工作原理 深入剖析了现代PLC的系统架构，包括CPU模块、I/O模块（数字量、模拟量、高速计数、通信接口）的内部设计。讨论了不同扫描周期、存储器组织方式（程序存储、数据存储、I/O映像区）对控制实时性的影响。 第5章：经典PLC编程语言与结构化程序设计 详细介绍 IEC 61131-3 标准定义的五种主要编程语言：梯形图（LD）、指令表（IL）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）和顺序功能图（SFC）。重点阐述了如何运用结构化编程思想（模块化、子程序、数据结构）来设计大型、可维护的控制程序。 第6章：高级PLC控制功能实现 本章聚焦于复杂运动控制与过程控制的实现。内容包括PID控制算法在PLC中的应用与参数整定方法（如Ziegler-Nichols法），高速脉冲输出与位置控制，以及同步控制策略。同时，探讨了冗余PLC系统的配置与故障转移机制。 第7章：工业现场总线与网络通信 系统梳理了主要的工业通信协议，包括传统的串行通信（如RS-485）和现代的现场总线技术（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus, DeviceNet）。重点讲解了基于以太网的控制网络，如Profinet IO与EtherNet/IP的架构、数据帧结构与实时通信机制。 第三部分：运动控制与伺服驱动系统（第8章-第10章） 本部分聚焦于实现精确、高速、柔性运动控制的关键技术。 第8章：交流伺服驱动技术原理 阐述了现代交流伺服系统的核心组成：伺服电机（永磁同步电机、感应电机）的结构、矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）的基本原理，以及驱动器内部的电流环、速度环和位置环的级联控制结构。 第9章：运动控制器的功能与编程 区分了传统的点位控制与先进的插补运动控制（直线、圆弧插补）。详细介绍了专用运动控制器（Motion Controller）与高性能PLC在运动控制方面的区别与集成方式。通过具体实例讲解了电子凸轮、飞行动作（Flying Shear）等高级同步应用。 第10章：工业机器人基础与路径规划 概述了工业机器人的主要类型（SCARA, 关节型, 龙门型）及其运动学基础（正运动学与逆运动学）。重点介绍了机器人轨迹规划中的点位插补、速度限制与碰撞检测算法。 第四部分：人机界面（HMI）与监控系统（第11章-第13章） 本部分关注如何实现人与自动化系统的有效交互和集中式管理。 第11章：人机界面（HMI）设计与开发 探讨了有效HMI设计的原则，包括信息架构、颜色标准和操作直观性。讲解了触摸屏、键盘等输入设备与控制系统的连接方式，以及数据绑定、报警管理和历史数据趋势图的配置方法。 第12章：数据采集与监视控制系统（SCADA） 系统介绍SCADA系统的架构（RTU/PLC层、通信层、服务器层、工作站层）。重点分析了数据采集的周期性、事件驱动机制，以及系统中的主站/从站通信模式。 第13章：制造执行系统（MES）简介 简要介绍MES在工厂管理层级中的定位，它如何连接企业资源计划（ERP）与车间控制系统（DCS/PLC）。重点讨论MES在工单管理、设备状态监控和质量追溯中的作用。 第五部分：分布式控制系统与过程自动化（第14章-第16章） 本部分侧重于连续过程控制领域，如化工、冶金等行业的自动化技术。 第14章：分布式控制系统（DCS）架构 对比DCS与PLC在控制规模、冗余级别、软件集成度上的差异。详细阐述DCS的控制站、监控站、工程师站以及中央信息交换平台的结构。 第15章：先进过程控制（APC） 超越传统的PID控制，本章引入了更复杂的控制策略，如模型预测控制（MPC）的核心思想、多变量控制系统的解耦设计，以及如何处理控制系统的约束条件。 第16章：安全仪表系统（SIS）与功能安全 强调过程安全的极端重要性。介绍SIS的独立性设计原则，以及风险评估方法（HAZOP）。详细解析了安全完整性等级（SIL）的概念及其在仪表选择和逻辑设计中的应用规范（IEC 61511）。 第六部分：工业网络与信息安全（第17章-第19章） 随着OT与IT的融合，网络安全成为工业控制系统面临的首要挑战。 第17章：工业以太网的高级应用 深入探讨了时间敏感网络（TSN）技术，解释了其如何通过时间同步和流量整形来保障控制数据的实时性和确定性，这是未来工业通信的关键技术。 第18章：工业控制系统（ICS）网络安全 分析了ICS面临的主要威胁向量（如供应链攻击、恶意软件、内部威胁）。详细介绍了基于IEC 62443标准的控制系统安全框架，包括区域划分（Zoning）和管道划分（Conduit）的概念。 第19章：安全策略的实施与监控 讲解了如何在控制网络中部署防火墙、入侵检测系统（IDS）和访问控制列表（ACL）。讨论了安全态势评估、漏洞管理和事件响应流程在OT环境中的特殊性。 第七部分：新兴技术与未来展望（第20章-第22章） 本部分引导读者关注行业前沿和技术发展趋势。 第20章：工业物联网（IIoT）平台与边缘计算 探讨了IIoT平台（如ThingWorx, Azure IoT Hub）的功能，以及数据在云端和边缘侧的协同处理模式。阐述了边缘计算如何降低延迟，提升本地数据处理的效率和安全性。 第21章：大数据分析与预测性维护 介绍如何利用传感器采集的海量数据，通过统计分析和机器学习算法（如异常检测、剩余寿命预测）来实现设备状态的预测性维护，从而最大化设备综合效率（OEE）。 第22章：数字化孪生（Digital Twin）在制造中的应用 阐述了数字化孪生的概念、建模方法（包括物理模型与数据驱动模型）。展示了数字孪生在系统仿真验证、远程操作和实时优化生产流程中的巨大潜力。 --- 本书配有大量的工程实例、思考题和案例分析，旨在帮助读者将理论知识转化为解决实际工业问题的能力。对复杂算法和协议的介绍力求精确而不失易读性，是工程师提升专业技能的理想读物。

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这本书在辅助学习工具方面的设计非常人性化，体现出对读者学习过程的深切关怀。我尤其欣赏它在关键概念旁边的“Expert Tips”小栏目。这些提示并非标准的定义，而是往往由经验丰富的工程师直接给出的“实战忠告”，比如关于如何避免在调试变频器时产生谐波干扰的注意事项，或者在选择联轴器时应该优先考虑的扭矩脉动系数范围等。这些内容是教科书理论推导中难以涵盖的“隐性知识”。另外，书后附带的资源列表非常强大，它不仅仅是推荐了相关的国际标准编号（如ISO/JIS），还提供了一系列权威性的学术期刊和行业技术白皮书的链接，这使得这本书成为了一个学习的“入口”，而不是终点，引导我们构建一个更广阔的知识网络。我感觉手握此书，就像是身边随时站着一位耐心且见多识广的资深导师。

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从内容深度和广度来看，这本书的覆盖面令人印象深刻，它成功地在基础理论和前沿技术之间找到了一个完美的平衡点。它不仅详尽讲解了传统机床的伺服驱动系统、液压与气动控制回路的设计准则，更用相当大的篇幅讨论了当前工业4.0背景下的热点，例如基于物联网（IoT）的设备状态远程监测架构，以及如何利用边缘计算对采集到的海量传感器数据进行实时预处理和分析。特别是关于“数字孪生（Digital Twin）”在机械系统建模与仿真中的应用那一节，书中清晰地勾勒出从物理模型建立到仿真环境部署的完整技术路线图，并列举了几个具体的软件工具链，这对我正在进行的毕业设计中引入更高级别的仿真验证模块提供了极大的启发和实操指导，体现了作者对行业发展脉搏的精准把握。

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这本书的装帧设计真是一绝，封面采用了哑光材质，触感温润，中间的插图以一种抽象却又不失机械美感的方式呈现了几个关键的集成电路板和机械臂的剪影，配色上选择了深邃的藏蓝与明亮的橙色作为对比，视觉冲击力很强，让人一看就知道这不是一本普通的教材，而是经过精心打磨的专业读物。侧边书脊的处理也很有心思，字体清晰地标注了书名和作者信息，即便是摆在书架上，也显得非常专业和有格调。我特别喜欢它内页的纸张选择，厚度适中，既保证了阅读时的舒适度，又不易反光，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。装订工艺也十分牢固，即便是频繁翻阅查找资料，也不用担心书页脱落。整体来看，这本书从物理层面上就传达出一种严谨、高品质的专业精神，让人对接下来的阅读内容充满了期待，感觉这不仅仅是一本书，更像是一件精美的工艺品，非常适合那些对书籍质感有较高要求的工程师或学生。

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我最近正在深入研究工业自动化中的传感器技术，这本书的章节编排逻辑简直是为我量身定做的。它不是那种生硬地堆砌定义和术语的教科书，而是采用了“问题引入—理论解析—实际应用案例剖析”的层层递进结构。比如，在介绍“Proximity Sensors”的那一章，作者首先用了一个实际的装配线上物体错位检测的场景作为引子，引发读者思考现有技术的局限性，然后才开始详细阐述电感式、电容式和光电式传感器的底层物理原理和电磁兼容性（EMC）设计要点。这种叙述方式极大地提升了学习的代入感和兴趣。更妙的是，每个章节的末尾都会配有一组“Critical Thinking Questions”，这些问题往往涉及到跨学科的知识整合，迫使读者去思考如何将理论知识灵活地应用于复杂的工程实践中，而非仅仅停留在知识点的记忆层面，这对于培养解决实际工程问题的能力至关重要。

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这本书的语言风格出乎意料地流畅和地道，完全没有早期国内引进的专业书籍那种翻译腔的僵硬感。作者在阐述复杂的控制算法，比如PID的改进型或模糊逻辑控制时，选词精准且富有逻辑性，将原本拗口的英文术语用最直观的方式表达出来。例如，描述“Dead Zone Compensation”时，它用了一个非常生动的比喻，将系统的不响应区间比作一个“沉默的守门人”，直到输入信号的能量积累到足以“说服”它才会行动，这个比喻让我瞬间理解了该现象的本质和为什么要进行补偿。此外，书中对常用缩写和专业名词的界定非常清晰，每当出现一个新的缩写（如PLC, HMI, SCADA），作者都会在括号中给出完整的英文和中文释义，这对于初学者或者需要快速回顾的专业人士来说，简直是福音，大大减少了查阅字典的时间，保证了阅读的连贯性。

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