机电一体化系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:

出品人:

页数:194

译者:

出版时间:2009-3

价格:21.00元

装帧:

isbn号码:9787562143208

丛书系列:

图书标签:

• 机电一体化
• 自动化
• 控制工程
• 系统工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器技术
• 驱动技术
• 工业机器人
• 智能制造

《智能制造的基石：现代工业自动化原理与实践》 引言 在二十一世纪的科技浪潮中，工业自动化正以前所未有的速度和深度重塑着全球制造业的格局。从生产线的效率飞跃到产品质量的精益求精，从柔性制造的敏捷响应到绿色生产的可持续发展，自动化技术已成为衡量一个国家制造业核心竞争力的重要标志。本书《智能制造的基石：现代工业自动化原理与实践》旨在深入剖析现代工业自动化所蕴含的核心技术、关键原理以及在实际生产中所面临的挑战与解决方案，为读者构建一个全面而深刻的自动化技术知识体系。我们并非仅仅聚焦于某个孤立的技术领域，而是致力于展现自动化技术如何作为一个有机整体，驱动着整个工业体系的智能化升级。 第一章：工业自动化的历史演进与发展趋势 工业自动化的发展并非一蹴而就，而是伴随着人类社会生产力进步的漫长历程。本章将追溯工业自动化的源头，从最早的机械化动力应用，到电气化时代的出现，再到信息技术与自动化技术的融合，勾勒出自动化技术演进的清晰脉络。我们将探讨每一次技术革命对自动化发展所产生的深远影响，以及不同历史时期自动化技术所扮演的关键角色。 更重要的是，本章将着眼于当下和未来的发展趋势。我们将深入分析“工业4.0”、“智能制造”等前沿概念的内涵，探讨物联网（IoT）、大数据、云计算、人工智能（AI）等新兴技术如何与传统自动化技术深度融合，催生出新一代的智能自动化系统。我们将讨论大数据在生产过程中的应用，如何通过数据分析优化工艺、预测故障、提高效率；探讨人工智能如何在决策、控制和优化方面发挥更大作用，例如机器学习在自适应控制中的应用，以及计算机视觉在质量检测中的普及。此外，我们还将关注机器人技术的飞速发展，从传统的工业机器人到更具柔性和协作性的新型机器人，以及它们在智能工厂中的角色。最后，本章将展望未来工业自动化的可能形态，如完全自主的生产单元、高度个性化的定制化生产模式，以及对能源效率和环境保护提出的更高要求。 第二章：核心控制理论与系统架构 自动化系统的核心在于其控制系统，它如同工业生产的“大脑”。本章将系统地介绍支撑现代工业自动化的关键控制理论。我们将从经典的反馈控制理论入手，详细阐述PID（比例-积分-微分）控制器的原理、设计与参数整定方法，并分析其在工业实践中的应用局限性。在此基础上，我们将引入更先进的控制策略，例如状态空间法、最优控制、自适应控制以及模糊逻辑控制。 在理论层面，我们将深入探讨这些控制方法背后的数学模型和算法。例如，对于状态空间法，我们将解释状态变量、系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵的意义，以及如何利用这些概念设计更鲁棒的控制器。对于自适应控制，我们将解析其如何根据系统参数的变化或外界干扰的出现，实时调整控制器的参数，以维持系统性能。对于模糊逻辑控制，我们将讲解模糊集合、隶属函数、模糊规则以及模糊推理的构建过程，以及它在处理非线性、难以建模的系统中的优势。 在系统架构方面，本章将聚焦于不同层次的自动化系统组成。我们将详细阐述从底层的传感器和执行器，到中层的PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）和IPC（工业个人计算机），再到顶层的SCADA（数据采集与监控系统）和MES（制造执行系统）的层次化结构。我们将分析各层级的功能、通信协议（如Modbus, Profinet, EtherNet/IP）以及它们之间的协同工作方式。同时，我们将探讨网络化控制系统（NCS）的概念，以及其在提高系统集成度和远程管理能力方面的作用。 第三章：传感器与执行器技术：感知与驱动的基石 要实现自动化，首先需要让系统能够“感知”和“行动”。本章将聚焦于构成自动化系统“感官”和“肌肉”的关键组件——传感器与执行器。 我们将全面介绍各类工业传感器的原理、性能指标与应用。例如，在位置与位移传感器方面，我们将介绍编码器（增量式与绝对式）、光电开关、接近传感器、超声波传感器、激光测距传感器等，并分析它们的测量范围、精度、响应速度和抗干扰能力。在力与压力传感器方面，我们将深入讲解应变片式压力传感器、压阻式传感器、电容式传感器的工作原理，以及它们在称重、压力监测和力控方面的应用。温度传感器方面，我们将介绍热电偶、热电阻（RT3000系列）、红外测温仪等，并分析其测温范围、精度与响应时间。视觉传感器方面，我们将探讨CCD和CMOS成像原理、工业相机、图像采集与处理的基本流程，以及它们在产品外观检测、尺寸测量和定位方面的应用。其他传感器，如流量传感器、气体传感器、液位传感器等，也将得到适当的介绍。 在执行器方面，本章将重点讲解各类驱动设备。电机驱动将是重点，包括直流电机、交流电机（感应电机、同步电机）及其调速方法，以及伺服电机和步进电机在精密运动控制中的应用。我们将讨论变频器（VFD）在交流电机调速中的核心作用，以及伺服驱动器如何实现高精度、高动态的运动控制。液压与气动执行器也将被深入介绍，包括液压缸、气动缸、比例阀、伺服阀等，以及它们在重载、高速或需要精确力位控制的应用中的优势。此外，我们还将介绍电磁阀、继电器、接触器等用于开关控制和信号隔离的执行器。 第四章：机器人技术在工业自动化中的应用 机器人技术是现代工业自动化领域最具活力和前景的技术之一。本章将深入探讨工业机器人在自动化生产中的角色、分类、关键技术以及发展趋势。 我们将介绍不同类型的工业机器人，包括串联机器人（如关节机器人）、并联机器人、SCARA机器人、Delta机器人等，分析它们的运动学模型、自由度、工作空间和负载能力，并讨论它们各自适用的应用场景。例如，关节机器人因其灵活性被广泛应用于焊接、喷涂、搬运等任务；SCARA机器人因其平面运动的特点，常用于装配和拾放任务；Delta机器人则因其高速运动能力，在包装和分拣领域表现出色。 本章将重点讲解机器人的核心技术，包括：机器人动力学与控制，涵盖正逆运动学解算、轨迹规划、力/柔顺控制；机器人视觉与感知，介绍机器人的“眼睛”，如何利用视觉系统进行目标识别、定位、抓取和引导；机器人路径规划与避障，讲解如何为机器人生成安全高效的运动路径，避免碰撞；机器人人机交互，探讨人与机器人协同工作的模式，以及协作机器人的发展。 最后，我们将展望机器人技术在智能制造中的未来发展。我们将讨论柔性自动化与机器人技术的结合，例如通过可重构机器人系统实现多品种小批量生产；无人化工厂的愿景，以及机器人将在其中扮演的核心角色；人工智能与机器人的融合，使机器人能够进行更复杂的决策和自主学习。 第五章：数据采集、处理与分析在工业自动化中的作用 在高度自动化的现代工厂中，数据是驱动智能决策和持续优化的关键。本章将聚焦于数据在工业自动化流程中的采集、处理与分析。 我们将详细介绍数据采集（DAQ）系统的设计与应用。这包括各种传感器数据的接口技术、信号调理（放大、滤波、隔离）的方法，以及模数转换（ADC）的技术原理。我们将探讨工业现场总线（Fieldbus）和工业以太网在多点数据采集中的作用，以及如何建立高效可靠的数据传输通道。 数据采集的目的是为了进行数据处理与分析。我们将介绍数据预处理技术，如数据清洗、去噪、特征提取等，以提高数据的质量和可用性。在数据分析方面，我们将涵盖统计分析（均值、方差、相关性分析）、过程监控（SPC）、故障诊断与预测（FDD）等技术。我们将介绍如何利用时序数据分析技术，例如移动平均、指数平滑、ARIMA模型等，来分析生产过程中的趋势和波动。 更重要的是，本章将深入探讨大数据与人工智能在工业自动化数据分析中的应用。我们将讲解机器学习算法（如支持向量机SVM、决策树、神经网络）如何用于模式识别、异常检测和故障预测。例如，如何利用历史生产数据训练模型，预测设备故障的发生时间，从而实现预测性维护，避免意外停机。我们将讨论深度学习在图像识别（用于质量检测）、自然语言处理（用于操作员指令识别）以及时间序列预测方面的潜力。最后，本章还将探讨工业物联网（IIoT）如何构建大规模的数据采集与分析平台，实现对整个生产链的全面监控和优化。 第六章：工业通信网络与互联互通 在现代工业自动化系统中，不同设备、系统之间的有效通信是实现协同工作和信息共享的生命线。本章将深入探讨工业通信网络的技术原理、标准、拓扑结构以及其在自动化系统中的重要作用。 我们将首先介绍串行通信的基础，如RS-232、RS-485等，以及它们在工业现场的应用局限性。随后，我们将重点讲解工业现场总线（Fieldbus）技术，如Profibus、CANopen、DeviceNet、Modbus等。我们将深入分析这些现场总线的通信协议、网络拓扑（如星型、总线型、环形）、数据传输方式（如令牌传递、轮询）以及在实时性、可靠性和抗干扰性方面的特点。我们将讨论如何根据具体的应用需求选择合适的现场总线。 随着工业自动化的深入发展，工业以太网（Industrial Ethernet）已成为主流。本章将详细介绍ProfineT、EtherNet/IP、Profinet等工业以太网标准，分析其相对于传统现场总线的优势，如更高的带宽、更灵活的网络拓扑、更方便的集成与诊断。我们将探讨时间敏感网络（TSN）在工业以太网中的应用，以及它如何实现确定性通信，满足高精度同步的需求。 此外，本章还将关注无线工业通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa、NB-IoT等，以及它们在部署灵活性、移动性方面的优势，并讨论其在特定工业场景（如仓储物流、大型设备监控）的应用。我们将深入探讨OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture），作为一种跨平台、面向服务的通信技术，如何在异构系统之间实现安全、可靠的数据交换，为实现真正的工业互联互通提供关键支持。最后，我们将讨论工业网络安全的重要性，以及如何通过网络隔离、加密、访问控制等手段保护工业控制系统的安全。 第七章：先进制造技术中的自动化应用 自动化技术的发展并非孤立存在，而是与各种先进制造技术的融合，共同推动着制造业的转型升级。本章将重点阐述自动化在几种关键先进制造技术中的具体应用。 3D打印（增材制造）：我们将探讨自动化在3D打印中的应用，包括自动化进料系统、材料管理、打印过程监控与质量检测、后处理自动化等。我们将分析自动化如何提高3D打印的效率、精度和可重复性，以及如何实现大批量、定制化的3D打印生产。 柔性制造系统（FMS）：本章将深入分析柔性制造系统如何通过自动化实现多品种、小批量生产的快速切换。我们将探讨FMS中的自动化调度系统、机器人搬运系统、在线质量检测以及与MES系统的集成，如何实现生产流程的动态优化和高效运作。 智能装配与检测：我们将重点介绍自动化在装配过程中的应用，包括自动化拧紧、焊接、点胶、搬运等。同时，我们将详细阐述自动化检测技术，如机器视觉检测、基于传感器的在线检测、以及与人工智能相结合的智能检测系统，如何实现产品质量的实时监控和缺陷的精准识别。 绿色制造与可持续发展：自动化技术在实现绿色制造和可持续发展方面扮演着越来越重要的角色。本章将探讨自动化如何通过优化能源利用（如智能电网管理、变频器节能）、减少物料浪费（如精密加工、智能排产）、以及实现自动化回收与再利用，来降低工业生产对环境的影响。我们将讨论如何利用传感器和数据分析技术，实现对生产过程的能耗和排放进行实时监控与优化。 第八章：工业自动化系统的集成、调试与维护 一个完整的工业自动化系统，从设计理念到最终落地运行，离不开严谨的集成、调试与长期维护。本章将聚焦于这一关键的实践环节。 系统集成：我们将探讨自动化项目中的系统集成流程，包括对不同供应商设备和软件的兼容性评估、通信协议的统一、数据接口的定义、以及整体解决方案的设计。我们将强调在集成过程中，标准化和模块化设计的重要性，以及如何通过有效的项目管理来确保集成顺利进行。 调试：我们将详细介绍自动化系统的调试步骤和方法。从离线模拟与仿真，到单模块测试，再到联动调试。我们将讨论如何利用仿真软件（如Siemens TIA Portal, Rockwell Studio 5000）进行虚拟调试，以提前发现和解决潜在问题，缩短现场调试时间。我们将重点讲解PLC程序调试的技巧，如使用在线监视、断点设置、强制输入输出等功能，以及机器人程序调试的关键环节。 维护：自动化系统的长期稳定运行离不开有效的维护策略。本章将介绍预防性维护和预测性维护的概念与实践。我们将讨论如何通过定期检查、保养、备件管理来降低故障率。我们将重点讲解故障诊断的常用方法，包括基于经验的判断、利用诊断工具和日志分析，以及如何建立有效的故障排除流程。我们还将探讨远程监控与维护的优势，以及如何通过网络连接实现对设备状态的远程监测和故障响应。最后，我们将强调知识传递与人员培训在自动化系统维护中的重要性，以确保技术能够得到持续的传承和应用。 第九章：工业自动化面临的挑战与未来展望 尽管工业自动化取得了巨大的成就，但其发展道路上仍然充满挑战，同时也孕育着无限的未来机遇。本章将对工业自动化领域的当前挑战进行剖析，并对其未来发展进行展望。 挑战：我们将讨论高昂的初期投资对中小企业采用自动化技术的制约；技术集成复杂性带来的挑战，特别是在老旧工厂的改造升级中；人才短缺，尤其是具备跨领域知识的自动化工程师的稀缺；数据安全与隐私的日益严峻问题，以及网络攻击对工业控制系统的潜在威胁；标准不统一造成的系统互操作性障碍；以及快速变化的技术对企业持续学习和更新换代提出的要求。 未来展望：我们将展望工业自动化的几个重要发展方向。更加智能化与自主化：AI的深入应用将使自动化系统具备更强的自我学习、自我优化和自主决策能力。人机协同的深化：协作机器人将更加普及，人与机器将在更高级别的任务中协同工作。边缘计算的应用：将计算能力推向更靠近数据源的边缘，实现更快的响应速度和更低的延迟。数字孪生（Digital Twin）技术的发展，通过在虚拟世界中精确复制物理实体，实现对生产过程的实时监控、模拟和优化。对可持续性和环境责任的持续关注，自动化技术将为实现更节能、更环保的生产提供更强有力的支撑。更加开放和标准化的生态系统，将有助于打破技术壁垒，促进创新与合作。 结语 《智能制造的基石：现代工业自动化原理与实践》力求为读者提供一个关于工业自动化全面、深入且富有洞察力的视角。本书并非仅仅是一本技术手册，更是一份对工业未来发展趋势的解读。通过对核心原理的阐释、关键技术的剖析以及实践应用的探讨，我们希望能激发读者对工业自动化更深层次的思考，并为推动中国乃至全球制造业的智能化转型贡献一份力量。这本书将是工程师、技术人员、管理人员以及所有对现代工业生产充满好奇的读者的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

我更偏向于从应用和市场角度来评价一本技术书籍。当下制造业最大的痛点在于快速迭代和定制化生产的需求。这本关于机电一体化的系统书籍，提供了一种非常灵活的架构设计思路。它并没有将系统锁定在某一个特定的硬件平台（比如某品牌的PLC或控制器）上，而是更多地关注于软件层面的抽象和接口标准的统一。书中花了相当篇幅去探讨“模块化设计”的优势，以及如何利用标准化的通信协议（如工业以太网）来实现不同厂商、不同功能的设备之间的无缝对接。这对于我们做系统集成（SI）的公司来说，价值巨大，意味着我们可以为客户提供真正意义上“开放”的解决方案，而不是被单一供应商的技术壁垒所困。阅读过程中，我一直在思考如何将书中的“分层控制结构”应用到我们正在进行的一个高端数控机床升级项目中。这本书提供了一张清晰的“作战地图”，指明了在保持现有设备稳定性的前提下，如何分阶段引入更先进的感知和决策模块，从而实现平滑过渡和增值服务。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的感受，更多的是一种对未来工业形态的“预见性”。它不仅仅是在描述现有的技术，更像是在描绘十年后的智能工厂会是什么样子。书中对“物联网（IIoT）在机电系统中的融合”所进行的探讨，远比其他同类书籍要深入和具体。它探讨了边缘计算如何被集成到执行机构的本地控制器中，以实现更快的响应和更少的云端依赖。我印象非常深刻的是关于“自适应控制”的章节，作者探讨了系统如何通过机器学习不断优化自身的参数，而不仅仅是依赖预先设定的PID增益。这种动态优化能力，是实现真正“柔性制造”的关键。虽然这本书的理论深度非常高，但作者总是能把复杂的数学模型与实际的物理意义紧密联系起来，比如解释如何通过一个简单的能量守恒原理来理解控制系统的稳定性边界。总而言之，这本书具有极强的启发性，它促使我不仅仅满足于维护现有的系统，而是开始思考如何用更智能、更具生命力的设计理念去构建下一代机电系统。

评分☆☆☆☆☆

作为一名大学里的研究生助教，我一直在寻找能够真正激发学生学习兴趣的教材。市面上很多教材要么内容陈旧，要么就是翻译腔过重，学生读起来非常枯燥。这本书，以其独特的叙事方式和前沿的视角，完全打破了我的预期。它在讲解数字信号处理在控制回路中的应用时，并没有直接给出傅里叶变换的复杂公式，而是先用了一个非常生动的例子——描述如何滤除工业现场常见的电磁干扰，让学生体会到“为什么需要”这些数学工具，而不是生硬地“记住它们”。此外，这本书对人机交互界面的设计理念也有独到的见解。它讨论的不仅仅是如何显示数据，而是如何设计一个让操作员在紧急情况下能迅速做出正确判断的界面，这体现了作者对“人”在机电系统中的核心地位的深刻理解。我注意到，书中的图示质量非常高，清晰的截面图、流程图，甚至还有一些用简笔画勾勒出的概念模型，这些细节的处理，极大地提升了教学效率。我打算在本学期的《现代控制理论》课程中，重点推荐学生参考其中的系统集成部分。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，那种机械与电子元件的线条交织在一起的艺术感，让人一看就知道这是一本专业性很强的技术书籍。我是在准备一个关于智能制造的跨学科项目时偶然发现它的。说实话，我对这个领域是既好奇又有些畏惧，毕竟从传统的机械设计转向融合了现代电子控制，中间的知识鸿沟不小。这本书的开篇部分，对于系统集成理论的阐述非常扎实，它没有急于抛出复杂的算法，而是先搭建了一个清晰的理论框架，让我这个初学者也能跟上思路。比如，它对“闭环控制”的讲解，借助了几个非常经典的工业案例，用图文并茂的方式展示了传感器如何获取信息，控制器如何决策，以及执行器如何响应，这种层层递进的教学方式，极大地降低了我的理解难度。我特别欣赏作者在解释“鲁棒性”和“实时性”这些关键概念时所采用的语言，既保持了学术的严谨性，又避免了晦涩难懂的术语堆砌。翻阅下来，我感觉作者是站在一个真正懂得实践者的角度来写这本书的，他考虑到了从理论推导到实际落地过程中可能遇到的所有“坑”。这本书不仅仅是知识的罗列，更像是一本经验的传承，为我后续深入学习其他更前沿的自动化技术打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一位资深的机械工程师，已经在这个行业摸爬滚打快二十年了。这些年我见证了自动化浪潮对传统制造的颠覆性冲击，深知如果不跟上电子信息技术的步伐，迟早会被淘汰。我手里也收藏了不少关于伺服电机、PLC编程的专业书籍，但大多要么过于偏重硬件规格，要么就是堆砌代码实例，缺乏对整体系统思维的培养。直到我接触到这本，简直像是醍醐灌顶。它最出彩的地方在于对“系统思维”的强调，它不仅仅告诉你某个传感器好用，而是教你如何根据任务需求，选择最合适的传感器，并将其在整个控制架构中进行最优化的布局。书中关于故障诊断和预测性维护那一章节，更是让我眼前一亮。作者用一种近乎哲学辩证的方式，探讨了如何从看似微弱的信号波动中，预判设备可能出现的失效模式。这已经超越了一般的工程手册范畴，更像是一部高级工程师的内功心法。书中的案例分析，往往是两三个看似无关的子系统，如何通过一个巧妙的控制策略被整合为一个高效的整体，这种宏观的把握能力，正是我们这些老一辈工程师急需补充的“新营养”。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆