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作者:Brown, Walter C./ Brown, Ryan K.

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页数:0

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价格:232.00 元

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isbn号码:9781566378086

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工业流程优化与自动化控制系统设计 ——面向智能制造时代的系统集成与效能提升 导言：工业4.0背景下的核心挑战与应对 在当前全球制造业加速向数字化、网络化和智能化转型的浪潮中，传统的生产模式正面临前所未有的挑战。企业不再仅仅追求产量最大化，更关注柔性制造能力、资源利用效率、产品质量的实时可追溯性，以及系统整体的可靠性与安全性。这要求我们必须跳出单一设备或环节的视角，转而关注整个工业流程的集成、优化与智能化控制。 本书正是基于这一时代背景，深入探讨了现代工业生产流程的系统性构建、优化策略以及先进自动化控制技术的应用。它旨在为工程技术人员、系统集成商、以及负责生产管理和技术升级的企业决策者提供一套全面且实用的理论框架与工程实践指导。本书内容聚焦于“如何构建一个高效、灵活、可感知、可决策的工业生产系统”，而非关注于阅读媒介或具体操作手册。 第一部分：现代工业流程的系统性解构与建模 本部分致力于建立对复杂工业系统的宏观认知框架。我们将流程视为一个有机的整体，而非孤立的单元操作集合。 1. 流程的生命周期与价值流分析 (Value Stream Mapping for Process) 详细剖析一个工业产品从原材料输入到最终交付的完整生命周期。重点介绍如何运用精益思想中的价值流分析工具，识别流程中的非增值活动（浪费）。不同于简单的流程图绘制，本书强调从“时间、信息流、物流”三个维度进行立体分析，量化瓶颈环节的延迟成本。讨论如何根据分析结果，设计出“未来状态流程图”，明确流程再造的方向和预期效益。 2. 流程状态的数字化建模与仿真 (Digital Modeling and Simulation) 在物理世界进行大规模流程变更成本极高。因此，本章深入探讨使用数学模型和仿真软件（如离散事件仿真、基于主体的建模）对现有或拟建流程进行精确映射的方法。内容包括： 状态变量与约束条件的定义： 如何准确描述设备能力、缓冲区容量、切换时间等关键参数。 离散事件仿真 (DES) 技术的应用： 模拟复杂调度、多资源竞争下的流程表现，评估不同布局和排队策略对吞吐量和在制品（WIP）水平的影响。 灵敏度分析： 通过改变关键输入参数（如需求波动、设备故障率），测试流程模型的鲁棒性，为风险管理提供依据。 3. 跨部门信息流的集成架构 (Integrated Information Flow Architecture) 现代流程的效率瓶颈往往出现在信息传递的中断和延迟上。本章超越了传统车间控制层面的讨论，着眼于企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）与底层控制系统（PLC/SCADA）之间的信息协同。探讨数据模型的一致性、事务的原子性处理，以及如何设计一个支撑“计划-执行-监控-反馈”闭环的健壮信息交互层。 第二部分：流程优化策略与高级控制技术 在对流程有清晰的系统认知后，本部分转向如何运用工程技术手段，实现流程性能的量化提升。 4. 约束理论 (TOC) 在瓶颈管理中的应用 (Theory of Constraints in Bottleneck Management) 流程性能的提升不取决于最快的环节，而取决于系统中最慢的瓶颈。本书系统阐述了约束理论 (TOC) 的五个聚焦步骤，并将其工程化： 识别瓶颈： 如何通过实时数据监测（而非静态评估）准确锁定当前限制系统产出的设备或工序。 剥削瓶颈： 制定策略确保瓶颈设备最大化有效产出（例如，消除瓶颈工位的停机时间、优化其加工顺序）。 从属与同步： 探讨如何利用“鼓-缓-绳”（Drum-Buffer-Rope, DBR）系统，使所有上游活动都服从于瓶颈的节拍，从而有效控制在制品，避免系统阻塞。 5. 实时动态调度与优化算法 (Real-Time Dynamic Scheduling and Optimization) 针对高混杂、小批量、快速响应的市场需求，传统的静态调度表已无法适应。本章聚焦于开发能够应对突发事件（如紧急订单插入、设备突发故障）的动态调度机制： 混合整数线性规划 (MILP) 模型的构建： 针对有限产能下的混合产品排程问题，介绍如何构建和求解精确优化模型。 启发式与元启发式算法： 当精确求解复杂度过高时，介绍遗传算法 (GA)、模拟退火 (SA) 等用于快速获得高质量调度的工程应用。 数据驱动的预测性调度： 结合机器学习技术，预测未来的负荷和资源可用性，提前调整调度方案。 6. 分布式控制系统与物联网在流程监控中的集成 (DCS/IoT Integration for Process Monitoring) 流程控制的重心正从集中式向分布式演进，以适应大规模、地理分散的生产单元。本书详细分析了现代分布式控制系统 (DCS) 的架构优势，特别关注其在关键流程单元的可靠性保障： 传感器网络与边缘计算： 如何部署高密度、低延迟的工业物联网 (IIoT) 传感器网络，并在边缘层面对海量过程数据进行初步清洗和特征提取。 过程变量的健康状态评估： 探讨基于统计过程控制 (SPC) 和异常检测算法，实时评估关键流程变量（如温度、压力、流量、成分）的健康度，为预测性维护提供依据。 第三部分：流程的可靠性、安全与持续改进机制 一个高效的流程必须是可靠且持续进化的。本部分关注流程运行的底层保障与面向未来的迭代机制。 7. 流程安全仪表系统 (SIS) 的设计与验证 (Safety Instrumented Systems Design and Validation) 在自动化水平提升的同时，对流程安全的关注达到了前所未有的高度。本章侧重于功能安全标准（如IEC 61511）在流程工业中的落地： 风险分析方法： 讲解如何使用危害与可操作性分析 (HAZOP) 和保护层分析 (LOPA) 确定必要的安全完整性等级 (SIL)。 SIS 系统的独立性与冗余设计： 讨论如何设计高可靠性的传感、逻辑解算和最终元件，以确保在主控制系统失效时，安全系统能够按设计意图动作。 8. 流程绩效管理与闭环改进 (Performance Management and Closed-Loop Improvement) 流程优化不是一次性项目，而是一个持续循环的过程。本书提出了一套基于关键绩效指标 (KPI) 的闭环管理框架： 构建综合绩效仪表板： 整合效率指标（OEE、周期时间）、质量指标（一次通过率 FPY）和成本指标，形成对流程健康状况的全面视图。 根本原因分析 (RCA) 的工程化： 当流程绩效偏离目标时，如何系统性地回溯至建模层或控制层，找出真正的系统性缺陷而非表面故障。 知识管理与文档化： 强调将优化成果转化为标准化操作程序 (SOP) 和系统配置文档，确保流程改进的可持续性，避免知识的流失。 总结 《工业流程优化与自动化控制系统设计》提供了一条从流程认知、系统建模、技术优化到安全可靠运行的完整工程路径。它要求读者具备系统思维，能够熟练运用数据科学、控制工程和精益生产的工具，以应对现代智能制造对生产效率和灵活性的极致要求。本书是那些致力于推动其组织迈向更高效、更智能制造环境的专业人士的必备参考资料。

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这本书给我的最大感受是其超越时代的普适性，尽管它似乎是针对特定领域，但其核心探讨的却是关于“高质量”的本质定义和“持久价值”的创造过程。它成功地将技术层面的讨论提升到了文化和伦理的高度，探讨了在快速迭代的时代背景下，如何坚守那些经过时间检验的原则和标准。阅读完毕后，我感觉自己看待很多日常事物的方式都发生了微妙的转变——不再仅仅关注“效率”或“新奇”，而是开始更加重视“耐用性”、“真实性”以及“工艺的完整性”。这不仅仅是一本关于特定领域的参考书，它更像是一部关于如何以认真、负责任的态度对待任何一项工作的“行动哲学”，这种由内而外的思维重塑，才是它留给我最宝贵、最持久的收获。

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这本书的理论深度是令人敬畏的，它绝非那种浮于表面的行业概览，而是真正深入到工艺流程和哲学根基的剖析。作者显然投入了巨大的心血去研究那些已经被时间冲刷得模糊不清的早期标准和规范，并将其与现代的实践进行了精妙的对比和反思。读到其中关于材料科学和标准化演变的部分时，我不得不放慢速度，反复咀嚼每一个论断，因为其中蕴含的专业知识密度极高，需要时间去消化和内化。它强迫你跳出日常操作的惯性思维，从更宏观的视角审视整个行业的生态系统和潜在的未来走向。这种深层级的剖析，为思考如何进行颠覆性创新提供了坚实的理论基石，它提供的不是答案，而是思考问题的全新框架和工具箱，其价值远超书本本身的定价。

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从编辑和排版的角度来看，这本书体现了一种对信息层次结构的极度尊重。每一个章节的划分都逻辑清晰，小标题的设置既能准确概括内容，又带有强烈的引导性。图表的运用堪称典范——它们并非简单的插图装饰，而是与文字内容高度耦合的视觉解释工具，能够将抽象的概念具象化，极大地提高了信息传递的效率。尤其令人赞叹的是，书中对引文和参考文献的处理，其严谨程度让人肃然起敬，每一个数据点似乎都有据可查，构建起一个坚不可摧的知识体系支撑。这种对细节的执着，传递出一种对读者智识的尊重，意味着作者相信他的读者愿意并有能力去探究这些深层结构，从而构建起更扎实、更可靠的知识体系，而不是满足于肤浅的了解。

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这本书的叙事节奏把握得极其精准，它没有采用那种平铺直叙、教科书式的陈述方式，而是像一位经验老到的工匠在向你娓娓道来他的毕生绝学。开篇便迅速将你拉入一个充满机械轰鸣与思考深度的场景，通过一系列精心编排的案例和场景切换，构建起一个庞大而有机的知识网络。你几乎能感受到作者在字里行间流淌出的那种对行业脉络的深刻洞察力，他总能在看似不相关的技术演变中，找到那条贯穿始终的逻辑主线。阅读过程中，那种“豁然开朗”的瞬间层出不穷，你会发现，原来那些困扰你许久的行业难题，竟然可以通过一个看似微不足道的历史细节来解开。这种叙事张力，使得即便是涉及复杂理论的部分，也变得引人入胜，完全没有枯燥乏味的感觉，更像是在参与一场层层递进的智力探险。

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这本书的装帧设计简直是工业美学的体现，那种粗粝的纸张触感，厚重的书脊，以及封面简洁却充满力量感的排版，无不透露出一种对“实干”精神的致敬。我拿到它的时候，立刻被那种沉甸甸的质感所吸引，感觉自己手中捧着的不是一本普通的书，而是一份承载着历史和技艺的文献。内页的印刷质量也无可挑剔，即便是最细微的图表和文字，都清晰锐利，墨色均匀饱满，阅读起来非常舒适，完全没有廉价印刷品那种晃眼的廉价感。更值得称道的是，书中对不同时代、不同行业代表性印刷品的选材和复刻，那种对细节的极致追求，让人仿佛能穿越时空，亲手触摸到那些古老的油墨和纤维。这种对物理载体的重视，本身就传递出一种强烈的信号：真正的价值，需要以坚实可靠的方式呈现。它不仅仅是知识的载体，更是一件值得收藏和反复把玩的艺术品，光是放在书架上，都能为整个空间增添一份沉稳和智慧的气息，那种由内而外散发出的专业感，是数字阅读体验完全无法替代的。

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