装备自动化工程设计与实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肖维荣，齐蓉 等 著

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• 装备自动化
• 自动化工程
• 机械工程
• 设计
• 实践
• 工业自动化
• 智能制造
• 机器人
• 控制工程
• 电气工程

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111508670

版次：1

商品编码：11767683

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数：189

编辑推荐

贝加莱公司、多所重点工科高校采用

内容简介

　　机械装备自动化方案的工程化设计与实现涉及的知识面很宽，《装备自动化工程设计与实践》以提高工业自动化工程师的工程化设计能力及专业技能为目标，针对现代机械制造业的实际需求，以机电软一体化为核心，结合工程实际案例，将进行这一过程的所需知识贯穿起来，阐述机械装备自动化方案设计的方法与步骤。《装备自动化工程设计与实践》内容包含系统技术构成、设计准则、关键技术、项目管理、模块化设计、系统集成等，从工程实用化设计的角度出发，完整地对系统方案设计、硬件配置、自动化方案的开发工具与现代设计方法、控制软件工程化设计、仿真与控制系统无缝集成、控制网络等内容进行了系统阐述，对多种设计方案进行比较分析，使读者能够在一个高的技术水平起点掌握系统设计、工程实现、项目管理的方法。
　　《装备自动化工程设计与实践》可作为工科院校自动化、电气工程、机械制造专业的本科生和研究生的参考教材，也可作为机电一体化系统制造和销售工程师的培训教材。

作者简介

　　肖维荣，德国卡塞尔大学工学博士，贝加莱大中华区总经理，山东大学控制科学与工程学院兼职教授，博士生导师。

　　齐蓉，工学博士，西北工业大学自动化学院，教授，博士生导师。

目录

Preface

序

前言

第1章装备制造与自动化集成导论

1.1制造自动化面临的问题

1.2装备制造业与自动化技术的发展趋势

1.2.1机电软一体化

1.2.2个性化方案与大批量生产

1.2.3能效的追求

1.3工程师的使命

1.4机械自动化方案的工程化设计要点

第2章现代机电一体化系统技术构成

2.1传感器

2.1.1传感器的基本概念

2.1.2传感器的基本特性

2.1.3传感器的选型准则

2.1.4传感器的标定与校准

2.2执行机构

2.2.1执行机构的分类与比较

2.2.2电动执行机构

2.2.3液动执行机构

2.2.4气动执行机构

2.3PLC技术

2.3.1PLC简介

2.3.2人机界面

2.3.3分时多任务操作系统与I/O处理

2.3.4系统维护与管理

2.4运动控制系统

2.4.1基于PLC的运动控制系统结构组成与分类

2.4.2交流伺服驱动器

2.4.3位置检测系统

2.4.4电动机

2.4.5减速器

2.5现场总线与工业以太网

2.5.1现场总线

2.5��2工业以太网

2.5��3实时以太网Powerlink

2.6集成安全技术

2.6.1集成安全系统

2.6.2贝加莱安全PLC

2.6.3安全PLC与常规PLC的区别

2.6.4安全PLC系统的基本结构

2.6.5集成安全系统的特点与配置基本原则

2.6.6集成安全运动控制系统

第3章项目管理

3.1装备自动化项目管理概念

3.2项目管理要点

3.2.1范围管理

3.2.2进度管理

3.2.3人力资源管理

3.2.4成本管理

3.2.5质量管理

3.2.6风险管理

3.3项目管理过程

第4章装备自动化的模块化设计

4.1模块化设计的定义与意义

4.1.1模块的定义

4.1.2为批量定制提供实现基础

4.1.3提升效能与降低风险

4.2装备自动化的模块化设计

4.2.1需求分析及模块划分

4.2.2系统分解

4.2.3模块标准化设计

4.2.4定制化整合

4.3电气系统的模块化设计

4.3.1电气模块化设计原则

4.3.2总线是模块之间的纽带

4.3.3分布式控制

4.4软件的模块化设计

4.4.1软件模块化设计案例分析

4.4.2控制软件的设计规范

4.4.3模块测试与整合

4.5模块化设计案例分析

4.5.1电气组件模块化

4.5.2软件功能模块化

第5章机电一体化系统硬件的精准配置

5.1机电一体化系统的配置准则

5.1.1最佳传动比

5.1.2最佳惯量匹配

5.2机电一体化硬件选型设计

5.2.1系统选型流程及注意事项

5.2.2驱动机构的转动惯量

5.2.3运动曲线

5.2.4减速器选型

5.2.5电动机选型

5.2.6驱动器选型

5.2.7外部制动电阻选型

5.2.8SERVOsoft选型案例

第6章系统仿真与算法设计

6.1自动化方案的仿真工具

6.1.1与控制软件平台实现无缝对接的MATLAB/Simulink

6.1.2Simulink自动代码生成

6.2滤波器设计

6.2.1一阶惯性滤波器

6.2.2高阶巴特沃斯滤波器

6.3设计案例1——多温区系统温度控制

6.3.1系统概述

6.3.2建模与仿真

6.3.3控制策略设计

6.3.4自动代码生成与系统调试

6.3.5控制效果分析

6.4设计案例2——多质量体扭转控制系统

6.4.1系统概述

6.4.2建模与仿真

6.4.3控制策略设计

6.4.4自动代码生成与系统调试

6.4.5控制效果分析

第7章凹版印刷机控制系统设计实例

7.1凹版印刷机系统

7.2凹版印刷机控制需求分析

7.3凹版印刷机控制系统的硬件配置

7.4集成套色系统

7.5收料系统控制方案设计

7.6凹版印刷机的软件设计

7.6.1模块化软件设计的需求分析

7.6.2用户界面和程序框架设计

7.6.3模块化的程序编制

7.6.4套色信号处理任务描述文档

7.6.5人机界面

7.6.6软件整合测试

前言/序言

　　自动化是大型装备的灵魂，工程化设计是实现的根本。我国自动化理论研究硕果累累，在工业自动化及制造领域对许多大型设备都有相当强的制造能力，但更需要的是在高端制造设备领域工程化设计能力的提高，使产品更具高可靠性、高稳定性、高环境适应性，向着数字化、精密化、智能化、集成化、网络化、柔性化等方面发展，使我国从制造大国迈向制造强国及设计强国。

　　现代制造业的发展促进了多学科的相互融合，各种工程技术飞速进步，自动化设备越来越复杂，设计者必须在不断变化的环境中应对越来越复杂的工程技术问题，如何创建高效而且富有竞争力的机械自动化设计方案，工程师们面临的挑战是要通过不断地再学习来扩充自己在各个领域的知识。在校的学生们也需要学习控制系统工程化设计的理论与实用方法，了解并掌握这一领域先进的设计理念、方法、技术、工具、手段，提高机电软一体化系统工程化设计素质。

　　本书力求将以欧洲为代表的当今最先进的制造设计技术传递给读者，使读者能够全面、系统地掌握现代装备自动化工程设计的理论与方法，了解最先进的技术水平现状并掌握它，建立完整的知识体系，拥有现代化的设计理念，能够担当起系统开发、设计和项目管理的任务。

　　作为高校与企业合作的结晶，本书由贝加莱公司的肖维荣博士和西北工业大学的齐蓉教授主持并撰写完成。参与本书写作的还有贝加莱公司的工程师团队，成员是宋华振、樊惠芳、陈志平、穆姗姗、周靖、刘柏严、邓后刚。他们多年工作在科研、教学、工业设计与产品销售的一线，了解工业界的实际需求和技术发展水平，为本书付出了智慧与辛勤的劳动。我们愿见更多的校企联合成果面世，为我国工业自动化的产业升级和技术进步贡献力量。

　　本书的写作参考了大量的书籍、论文及文献资料，这使我们的视野更加开阔，避免了观点的偏颇，在这里一并向这些作者们致谢。

　　书中内容不当或错误之处，望读者们批评指正。

机械制造与智能控制前沿探索：基于数字孪生与敏捷制造的系统集成实践 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具前沿性的视角，聚焦于现代高端制造体系的核心——基于数字孪生技术（Digital Twin）的智能工厂架构、全生命周期管理以及与敏捷制造（Agile Manufacturing）理念的深度融合与实践应用。 本书不涉及装备自动化工程设计与实践的传统具体技术手册或操作指南，而是着眼于更高层次的系统论、架构设计、决策支持和制造哲学。 --- 第一部分：智能制造的理论基石与数字孪生系统架构 本部分将理论上解构当前智能制造范式（Industry 4.0/5.0）的演进逻辑，并详细阐述数字孪生技术如何作为连接物理世界与虚拟世界的桥梁，成为支撑复杂制造系统的核心技术。 第一章：从自动化到智能化：制造范式的转变与挑战 本章首先回顾了工业自动化技术的发展脉络，但重点在于分析传统自动化系统在面对多品种、小批量、快速变化的市场需求时的局限性。我们将探讨大数据、物联网（IoT）、云计算/边缘计算对制造系统带来的范式颠覆，特别是“实时反馈与预测性维护”如何取代“预设流程与事后维修”。深入分析了构建柔性制造系统（FMS）时，信息流与物流耦合面临的结构性难题。 第二章：数字孪生：构建多尺度、多物理场的虚拟映射模型 本章是全书的理论核心之一。我们将详细剖析数字孪生的多层级架构：从产品级孪生（PLM集成）、到生产线级孪生（Process Simulation），再到工厂级孪生（System Optimization）。重点阐述如何构建高保真度的虚拟模型，涉及以下关键技术点： 1. 数据驱动的建模方法： 探讨如何利用历史运行数据、传感器数据和物理机理模型（Multi-physics Modeling）进行异构数据融合，实现虚拟模型与物理实体状态的精确同步（Synchronization）。 2. 实时状态感知与反馈机制： 详细介绍CPS（Cyber-Physical Systems）在数字孪生框架下的作用，重点分析边缘计算对低延迟数据处理和实时控制指令下达的影响。 3. 模型验证与校准（V&V）： 讨论在复杂系统中，如何设计科学的实验验证流程，确保虚拟模型在预测、诊断和优化任务中的可靠性与可信度。 第三章：信息物理系统（CPS）在现代工厂中的集成部署策略 本章聚焦于CPS的设计哲学和系统集成。讨论如何设计具有感知、分析、决策和执行能力的智能节点。重点内容包括： 通信协议的标准化与互操作性： 面对OPC UA、MQTT、TSN（Time-Sensitive Networking）等多种工业通信标准，如何制定统一的集成架构，实现跨平台、跨供应商设备的数据无缝交换。 分层控制架构设计： 深入分析ISA-95模型在CPS背景下的演进，讨论从现场级控制到制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）的垂直集成策略。 --- 第二部分：敏捷制造的实现路径与数字孪生驱动的优化 本部分将理论与实践相结合，探讨如何利用数字孪生技术作为核心工具，实现制造企业的敏捷性、韧性（Resilience）和定制化生产能力。 第四章：敏捷制造需求下的生产调度与资源优化 敏捷制造的核心在于快速响应需求变化。本章侧重于使用数字孪生模型进行在线调度与优化： 1. 基于事件驱动的重调度策略： 模拟突发故障、紧急插单等事件，展示数字孪生如何在毫秒级内评估不同调度方案（如遗传算法、强化学习优化结果）的后果，并自动下达最优指令。 2. 虚拟调试与生产线柔性验证： 讨论在物理生产线投产前，如何利用数字孪生进行全面的虚拟调试（Virtual Commissioning），验证新工艺、新设备集成对整体吞吐量和节拍时间的影响，从而大幅缩短上市时间（Time-to-Market）。 第五章：基于孪生的全生命周期质量管理与预测性维护 质量和可靠性是高端制造的生命线。本章将阐述如何将质量控制和维护策略融入数字孪生闭环中： 过程质量的实时监控与溯源： 探讨如何将关键过程参数（如焊接温度曲线、CNC加工刀具磨损状态）实时映射到产品数字孪生模型上，形成数字质量签名。一旦产品出现质量问题，可立即回溯到制造过程中的具体环节和参数异常点。 基于状态的维护（CBM）的智能化升级： 重点分析如何利用孪生模型进行剩余使用寿命（RUL）预测。不再是简单的阈值报警，而是结合设备的历史运行工况、负载特征和疲劳模型，提供高度精确的维护窗口建议。 第六章：人机协作与决策支持系统的集成 未来的制造系统强调人机协同的效率与安全性。本章探讨数字孪生如何赋能人类操作者和管理者： 增强现实（AR）在维护与培训中的应用： 介绍如何将数字孪生模型中的实时诊断信息、操作步骤指南叠加到物理设备上，为一线技术人员提供直观、沉浸式的指导。 管理层级的决策模拟沙盘： 讨论如何构建高抽象度的工厂级孪生模型，用于模拟宏观战略决策，如产能扩张、供应链中断影响评估、新产品导入的资源平衡分析等，为高层管理提供数据驱动的决策支持。 --- 结语：迈向自适应、自优化的未来制造生态 本书的结论部分将总结数字孪生与敏捷制造相结合所构建的未来工厂图景——一个能够自我感知、自我诊断、自我优化和快速适应外部环境变化的自适应制造生态系统。本书强调的不是单一技术的应用，而是跨学科知识（系统工程、数据科学、控制理论）在高端制造领域的系统性集成与创新实践。全书的重点在于方法论和架构设计，旨在启发读者思考如何在现有技术基础上，构建更具前瞻性和竞争力的智能制造解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书是冲着它“实践”二字来的，希望能看到大量高级故障诊断与预测性维护（PdM）的真实案例和数据分析方法。我深信，现代自动化工程的核心竞争力在于预防而非维修。这本书中关于“实践”的描述，绝大部分停留在安装调试阶段的联调步骤清单上，例如如何进行轴的对中、如何标定传感器零点。这些是基础操作，而不是高级工程实践。我期待书中能有专门章节，讲解如何利用振动分析、油液分析或声学监测的数据，通过机器学习模型来预测关键旋转部件的剩余使用寿命（RUL），并基于此自动调整维护计划。书中关于故障排除的部分，几乎完全依赖于传统的方法，比如“检查保险丝”、“确认断路器状态”等，这对于处理突发的、复杂的软件或集成错误几乎无能为力。对于我们这种需要将数控系统与复杂运动控制算法深度耦合的行业来说，这本书提供的“实践经验”显得过于初级和陈旧，缺乏对大数据驱动的智能运维的任何前瞻性探讨。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我眼前一亮的工程技术类书籍，但很遗憾，它似乎没有触及我最关心的核心领域。我一直在寻找一本能深入剖析现代机器人操作系统（ROS）在工业自动化中的高级应用与调试的实战指南。这本书的标题虽然指向“自动化工程设计与实践”，但我期望看到的是如何利用ROS构建复杂的、具有自我学习能力的机器人工作站，包括路径规划算法的优化、视觉传感器的数据融合以及与现有MES系统的无缝对接。然而，我翻阅后发现，书中的内容更多地停留在传统PLC和SCADA系统的基础架构与逻辑设计层面，虽然基础扎实，但对于追求前沿工业4.0解决方案的读者来说，深度和广度略显不足。比如，关于如何利用深度学习模型进行非结构化环境下的物料分拣，书中几乎没有涉及。它更像是一本面向初中级工程师的入门手册，而非面向资深专家的前沿参考。我对书中关于时间敏感网络（TSN）在实时控制中的应用案例的期待也落空了，这对于构建低延迟、高可靠性的分布式控制系统至关重要。总体来说，它提供了一个坚实的基石，但对于想登上技术巅峰的攀登者来说，攀登的工具箱里缺少了几样关键的绳索和抓手。

评分☆☆☆☆☆

这本书在特定行业应用案例的深度上让我感到失望。虽然它泛泛地提到了“自动化设计”，但似乎没有聚焦于任何一个需要高度专业化解决方案的领域，比如半导体制造设备的超净环境设计要求，或是生物制药行业对CIP/SIP（在线清洗/在线消毒）系统的严格验证流程。这些领域对自动化系统的精度、洁净度和可追溯性有着远超通用机械的要求。我期望看到的是如何针对这些特定环境，在材料选择、密封设计、以及软件验证（如FDA 21 CFR Part 11合规性）等方面进行深入的设计考量。然而，书中展示的案例更多是通用的装配线或简单的物料搬运系统，其设计逻辑和安全冗余措施都较为基础。对于希望将自动化技术应用到高精度、高合规性行业的工程师来说，这本书提供的知识迁移性很差。它是一本合格的通用指南，但却未能成为特定高精尖领域的设计“圣经”。

评分☆☆☆☆☆

阅读完这本关于“装备设计”的著作后，我最大的感受是它在人机交互（HMI）界面设计哲学方面的阐述远远不够深刻。我原本期待书中能详细探讨如何运用认知负荷理论和眼动追踪数据来优化操作员的监控界面，尤其是在高并发、多设备集中监控的复杂生产线上。这本书似乎将HMI仅仅视为一个信息显示的载体，重点放在了传统开关量、模拟量信号的接线规范和基础组态上，对于如何通过色彩心理学、布局逻辑来减少误操作、提升诊断速度的篇章着墨甚少。例如，在处理瞬时故障报警时，书中提供的仅仅是“闪烁”或“变色”的标准处理方式，却缺乏对多模态反馈系统（如触觉反馈、语音提示）在紧急情况下的集成设计分析。而且，关于远程运维和增强现实（AR）辅助维护的章节也过于简略，未能展示如何将设计图纸与现场设备实时叠加，进行远程专家指导的详细流程。对我而言，设计不仅仅是机械和电气层面的优化，更重要的是如何让人与机器高效、安全地协同工作，而这方面，这本书似乎只是蜻蜓点水。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的侧重点似乎完全跑偏了，它更像是一本关于工厂电气规范和安装调试的工具书，而不是一本关于“工程设计”的理论与实践探索。我真正想看到的是面向对象的设计方法论在大型装备系统集成中的应用，比如如何通过模块化设计来应对不同客户定制化需求的快速迭代。书中的设计流程描述，依然沿袭着传统的瀑布模型，从需求分析到详细设计，每一步都显得冗长且缺乏灵活性。我特别关注了知识产权和可维护性设计方面的章节，希望能找到关于如何构建可复用设计库、以及如何利用PLM系统管理设计变更是深入的探讨，但发现这些内容仅以寥寥数语带过。更让我感到困惑的是，书中对能效优化设计的讨论极为保守，主要集中在标准电机选型上，却忽视了如永磁同步电机、伺服驱动器的高效控制策略在整个装备生命周期内的节能潜力。这本册子虽然能帮助新手避免常见的电气连接错误，但对于想要构建下一代、更智能、更绿色的装备系统的工程师而言，其指导意义非常有限。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

不错，很实用

评分☆☆☆☆☆

内容写的很好

评分☆☆☆☆☆

很好很好

评分☆☆☆☆☆

可以

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