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出版者:高等教育

作者:全国中等职业学校机械专业教材编写组^张涛 编

出品人:

页数:238

译者:

出版时间:1998-7

价格:17.90元

装帧:

isbn号码:9787040065633

丛书系列:

图书标签:

• 机电控制
• 电气工程
• 自动化
• 控制系统
• 电机
• 传感器
• PLC
• 嵌入式系统
• 工业控制
• 机器人

《精工细作：现代工业自动化实践指南》 内容梗概： 《精工细作：现代工业自动化实践指南》是一本深度聚焦于工业生产过程自动化技术应用与实践操作的专业书籍。本书旨在为读者提供一套系统、全面且贴近实际的自动化解决方案，涵盖了从自动化理念的引入、核心技术的解析，到具体工业场景下的应用策略与优化方法。它并非理论的堆砌，而是强调在真实工业环境中，如何将先进的自动化技术转化为切实可行的生产力提升方案。 全书围绕“精工细作”这一核心理念展开，强调在工业自动化的每一个环节，都应秉持严谨、精确、高效的原则。从设备选型、系统集成，到程序编写、调试优化，再到后期的维护保养，本书都力求呈现最前沿、最实用、最易于理解的实践指导。 第一部分：自动化理念与工业4.0时代的机遇 本部分将深入探讨工业自动化的发展历程，以及在智能制造、工业4.0浪潮下，自动化技术所扮演的关键角色。我们将分析当前工业企业面临的挑战，如成本压力、质量控制、生产效率提升、个性化定制需求等，并阐述自动化如何成为应对这些挑战的有力武器。 工业自动化的演进与驱动力： 回顾自动化技术如何从简单的机械化向信息化的转变，以及驱动这一转变的核心因素，例如全球化竞争、劳动力成本变化、技术进步（如传感器、芯片、通信技术）以及日益严格的安全环保法规。 智能制造与工业4.0的核心价值： 深入解析工业4.0的五大支柱——互联互通、信息透明化、技术协助、去中心化决策、以及服务的可及性。重点阐述自动化在实现这些目标中所扮演的不可或缺的角色，例如通过物联网（IoT）实现设备间的实时通信，通过大数据分析优化生产流程，以及通过人工智能（AI）驱动的自主决策系统。 企业数字化转型中的自动化定位： 探讨自动化作为企业数字化转型基石的重要性。本书将引导读者理解，自动化不仅仅是升级生产线，更是实现数据驱动决策、柔性生产、以及价值链协同的关键。我们将讨论如何将自动化系统与企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）等信息系统进行有效集成，构建一体化的智能制造体系。 自动化带来的经济效益与竞争优势： 通过详实的案例分析，展示自动化技术为企业带来的实际效益，包括但不限于：降低生产成本（人力、物料浪费）、提高产品质量稳定性、缩短生产周期、增强生产灵活性以应对市场变化、提升企业整体运营效率和竞争力。 第二部分：核心自动化技术解析与应用 本部分将详细介绍实现工业自动化所需的关键技术，并结合实际应用场景进行解析，让读者能够深入理解各项技术的原理、优势及局限性。 传感器技术： 类型与原理： 详细介绍各类工业传感器，如接近传感器、光电传感器、温度传感器、压力传感器、液位传感器、视觉传感器等。阐述其工作原理、测量精度、响应速度、防护等级等关键参数。 选型指南： 提供一套实用的传感器选型流程，帮助读者根据具体的测量对象、环境条件、精度要求和成本预算，选择最合适的传感器。 集成与标定： 讲解传感器如何与PLC、DCS等控制系统进行集成，以及如何进行准确的标定以确保测量数据的可靠性。 执行器技术： 驱动设备： 重点介绍伺服电机、步进电机、直流电机、交流电机等驱动设备，分析其特性、适用范围及控制方式。 气动与液压系统： 阐述气动和液压执行器的原理、优势（如大扭矩、高精度）与应用领域，并讨论其与电气驱动的比较。 阀门与执行机构： 介绍各类工业阀门（如电磁阀、比例阀、伺服阀）及其控制执行机构，以及在流体控制中的作用。 可编程逻辑控制器（PLC）与分布式控制系统（DCS）： PLC架构与编程： 深入解析PLC的硬件构成（CPU、输入/输出模块、通信模块）、指令系统（梯形图、指令表、SCL等）以及常用的编程技巧。 DCS系统特点： 阐述DCS系统在大型复杂过程控制中的优势，如高可靠性、实时性、集成性，以及其在石油化工、电力等行业的应用。 PLC与DCS的应用场景对比： 明确区分PLC和DCS的适用范围，并提供选择依据。 人机界面（HMI）与监控系统（SCADA）： HMI设计原则： 讲解如何设计直观、易用的HMI界面，包括信息展示、操作控制、报警处理等方面。 SCADA系统功能： 介绍SCADA系统的数据采集、实时监控、历史数据记录、趋势分析、报警管理、报表生成等核心功能。 HMI/SCADA在生产过程中的作用： 强调HMI/SCADA在操作员监视、故障诊断、生产调度等方面的关键作用。 工业通信技术： 常用协议解析： 详细介绍RS-232/485、Modbus、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link等主流工业通信协议的原理、特点及应用。 现场总线技术： 探讨现场总线（Fieldbus）在简化布线、提高通信效率、增强系统诊断能力方面的优势。 无线通信在工业中的应用： 介绍Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等无线通信技术在工业场景下的解决方案，如移动设备监控、资产追踪等。 机器人技术与自动化搬运： 工业机器人类型： 介绍六轴机器人、SCARA机器人、Delta机器人等不同类型工业机器人的结构、运动学原理及应用领域。 机器人集成与编程： 讲解机器人与生产线的集成方式，以及常用的机器人编程语言和示教器操作。 AGV/AMR的应用： 探讨自动导引车（AGV）和自主移动机器人（AMR）在物料搬运、仓储自动化等方面的应用，以及其路径规划与调度技术。 机器视觉技术： 核心组件： 介绍相机、光源、镜头、图像处理算法等机器视觉系统的关键组成部分。 应用领域： 详细阐述机器视觉在产品检测（尺寸、缺陷、表面）、定位、识别、引导等方面的广泛应用。 系统集成与性能优化： 讲解如何根据检测需求选择合适的视觉方案，并进行系统集成和性能调优。 第三部分：工业自动化系统设计与集成 本部分将聚焦于如何将上述各项技术有机结合，构建稳定、高效、可扩展的工业自动化系统。 系统需求分析与方案设计： 明确控制目标： 如何从生产工艺、设备特性、人员操作等方面出发，准确界定自动化系统的功能需求。 技术路线选择： 基于需求分析，选择最适合的技术方案，包括控制策略、通信方式、硬件配置等。 系统架构设计： 规划整体系统架构，明确各子系统之间的接口和关系。 设备选型与供应商管理： 通用选型原则： 针对不同类型的自动化设备（PLC、传感器、执行器、机器人等），提供科学的选型原则，如性能、稳定性、易用性、维护性、成本效益等。 供应商评估： 如何评估自动化设备供应商的技术实力、产品质量、服务支持和市场信誉。 系统集成策略： 软硬件集成： 讲解如何将不同厂商的硬件设备、软件平台进行有效的集成，确保数据互通和指令协调。 标准化接口应用： 强调利用工业标准接口和协议，降低集成难度，提高系统兼容性。 安全可靠性设计： 故障预防与冗余设计： 探讨在关键环节设置冗余，减少单点故障的风险。 网络安全防护： 针对工业控制系统面临的网络攻击风险，提出相应的安全防护措施，如防火墙、访问控制、加密通信等。 功能安全（Functional Safety）： 介绍ISO 13849、IEC 61508等功能安全标准，以及在危险工况下如何设计安全回路，保障人员和设备安全。 第四部分：自动化系统的调试、运行与维护 本部分将深入探讨自动化系统在实际运行过程中的关键环节，以及如何确保其长期稳定高效地运行。 系统调试流程与技巧： 离线仿真与测试： 讲解在实际安装前，利用仿真软件进行离线测试，提前发现和解决潜在问题。 分步联调： 介绍如何对各个子系统进行独立调试，再逐步进行整体联调。 参数配置与优化： 详细阐述PLC、变频器、伺服等设备的参数配置原则，以及如何根据实际运行情况进行优化调整。 生产现场的优化与改进： 性能监控与数据分析： 利用HMI/SCADA系统收集生产数据，分析系统运行效率、能耗、故障率等指标。 瓶颈识别与工艺优化： 基于数据分析结果，找出自动化系统中的瓶颈环节，并提出工艺流程的优化建议。 持续改进的理念： 强调精益生产的思想在自动化系统改进中的应用，不断追求更高的生产效率和质量。 日常维护与故障排除： 预防性维护： 建立完善的预防性维护计划，包括定期检查、润滑、清洁、部件更换等。 常见故障分析： 针对传感器失效、执行器故障、通信中断、程序错误等常见问题，提供详细的故障诊断方法和排除步骤。 备件管理： 建立合理的备件库存，确保关键部件的及时更换，减少停机时间。 自动化系统的升级与改造： 技术更新与换代： 探讨何时以及如何对现有自动化系统进行升级改造，以适应新的生产需求和技术发展。 系统兼容性与平滑过渡： 在进行系统升级改造时，如何保证新旧系统的兼容性，实现平滑过渡，最大限度地减少对生产的影响。 第五部分：案例研究与未来展望 本书将通过一系列来自不同行业的真实自动化应用案例，为读者提供直观的学习范例。同时，也将对未来工业自动化技术的发展趋势进行展望。 精选行业案例： 汽车制造： 机器人焊接、装配自动化、柔性生产线。 食品饮料： 自动化灌装、包装、码垛、追溯系统。 电子电器： 精密组装、AOI检测、SMT生产线。 制药工业： 洁净环境下的自动化生产、批次追溯、数据完整性。 物流仓储： 自动化仓库管理、AGV调度、分拣系统。 未来趋势预测： 人工智能与机器学习在自动化中的深度融合： 预测AI将如何驱动更高级别的自主决策、预测性维护和质量优化。 边缘计算与云平台协同： 探讨边缘计算如何提升实时响应能力，而云平台如何提供强大的数据存储、分析和管理能力。 人机协作的深化： 分析协作机器人（Cobots）在未来生产线中扮演的角色，以及人与自动化系统之间更和谐的互动模式。 数字孪生（Digital Twin）技术的应用： 展望数字孪生如何实现对物理设备的实时监控、模拟和优化。 可持续发展与绿色自动化： 探讨自动化技术如何助力节能减排，实现可持续生产。 《精工细作：现代工业自动化实践指南》不仅是一本技术手册，更是一本解决问题的工具书。通过理论解析、技术剖析、实操指导和案例分析，本书旨在帮助读者全面掌握现代工业自动化的核心知识，提升解决实际问题的能力，从而在日新月异的工业自动化领域中，打造卓越的生产力。

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这本书的排版和插图设计，简直是为提高阅读效率而生的。我经常发现一些技术书，内容是好的，但图表做得像早期的低像素截图，或者文字密度过大，让人读起来非常吃力。但这本《机电控制系统》在这方面做得非常出色。它的逻辑结构清晰到令人发指的程度，每一个章节的开始都有一个清晰的“知识地图”，让你一目了然地知道接下来的学习路径。更难得的是，那些复杂的系统框图和信号流图，绘制得线条流畅、层次分明，关键节点的注释精准到位，完全没有那种“一团乱麻”的感觉。我常常可以在几秒钟内，从一个庞大的系统描述中，快速定位到我需要关注的核心控制回路。这种对阅读体验的尊重，极大地降低了啃读技术硬书的心理负担。有时候，光是看图就能理解大半的原理，文字部分则用来深化理解和补充细节。对于需要快速查阅资料或复习特定知识点的工程师来说，这种易读性本身就是一种巨大的价值。

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我手里收藏了不少关于自动化和控制的专业书籍，但坦白说，很多书的“时效性”是个大问题。这本《机电控制系统》则展现出了一种难得的前瞻性。它没有沉溺于那些已经被历史淘汰的传统控制方法，而是花了相当大的篇幅去深入剖析现代工业中真正主流的技术。比如，它对基于现场总线的分布式控制系统（DCS）的架构、通信协议（如Profibus和EtherCAT）的详细对比和应用场景分析，简直是教科书级别的详尽。我尤其对其中关于高性能运动控制中，如何处理实时性约束和多轴同步性问题的章节印象深刻。作者显然是结合了大量的工程经验，不仅仅是告诉我们“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这样做是最好的”。书中对新型执行器，例如直驱电机和压电陶瓷驱动器的特性分析，也为我们理解未来制造升级的方向提供了扎实的理论基础。阅读过程中，我感觉自己不是在看一本静态的教材，而是在与一位经验丰富的资深工程师进行深入的对话，他不仅分享了知识，更传授了工程思维和解决复杂问题的底层逻辑。

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我对这本《机电控制系统》的评价，必须着重强调它在“跨学科融合”上的深厚功力。现在的工程问题越来越少是单一学科能够独立解决的，它往往是机械、电子、信息技术相互交织的产物。这本书的魅力就在于它完美地架设了这些学科之间的桥梁。它没有将机械结构视为一个刚体黑箱，而是深入探讨了传动链中的摩擦、间隙、弹性变形这些“非理想”因素对控制性能的实际影响，并提出了相应的补偿策略。例如，在讲解力矩控制时，它巧妙地将弹性模量和阻尼系数引入到动力学模型中，让读者明白机械参数的精确建模是高精度控制的前提。这种将理论分析与实际物理限制紧密结合的做法，极大地拓宽了我的视野。它教会我，控制理论不仅仅是数学游戏，更是对物理世界精确描述和干预的艺术。读完后，我不再仅仅关注于PID参数的调整，而是会开始思考驱动链的刚度对系统稳定性的潜在威胁，这是一种质的飞跃。

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这本书的配套资源和学习支持体系，是我这次阅读体验中一个非常惊喜的加分项。虽然我主要是在纸质书上学习，但书后附带的在线资源链接和代码库（我尝试下载了部分MATLAB脚本），展示了作者团队对知识传播的长期承诺。这些资源不仅仅是书本内容的简单数字化，它们提供了更丰富的交互环境。比如，针对书中一些复杂的时域响应分析，我下载了配套的代码，跑出了各种不同工况下的曲线图，并且可以随时修改激励信号或系统参数，观察实时变化。这使得学习过程变成了一个主动探索和实验的过程，而不是被动接收知识的过程。这种“活的教材”的理念，对于培养未来工程师的自主学习能力至关重要。它有效地打破了传统教科书的局限性，让学习体验更加立体和沉浸，是目前市场上少数真正做到了知行合一的控制类专业书籍。

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这本《机电控制系统》实在是让人爱不释手，我原本对这领域只是抱着“了解一下”的心态，但这本书的叙述方式简直是把复杂的理论掰开了、揉碎了，一点点喂到你嘴里。它不像有些技术书籍那样动辄抛出一大堆晦涩的公式和抽象的概念，让初学者望而生畏。相反，作者似乎非常懂得如何引导读者的思维。比如在讲解伺服电机的闭环控制时，它没有直接跳到传递函数，而是先用一个非常贴近生活的例子——比如一个精密仪器的机械臂如何准确到达目标位置，来阐述“反馈”的必要性和核心作用。随后，才逐步引入PID控制器的原理，并且每一步都有图示和实例配合。我特别欣赏它在软件仿真和硬件实践之间的平衡。书里不仅仅有理论推导，更有大量的基于MATLAB/Simulink的仿真案例，这些案例的参数设置和结果分析都非常详尽，让我可以直接上手操作，验证书本上的理论效果。读完关于模糊控制的那几章，我甚至能够自己设计一个简单的恒温控制算法，这种即学即用的感觉，对于一个实践派来说，是最好的学习体验。它构建了一个从基础到进阶的完整知识体系，让人感觉每翻过一页，自己的专业能力都在实实在在地增长。

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