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出版者:機械工業

作者:蘇建修

出品人:

頁數:382

译者:

出版時間:2006-7

價格:34.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787111082934

叢書系列:

圖書標籤:

• 機械製造
• 機械工程
• 基礎知識
• 製造工藝
• 機械原理
• 機械設計
• 工業工程
• 金屬材料
• 數控技術
• 工程技術

《精細化工過程控製與優化》 書籍簡介 第一章：化工過程控製係統基礎 本章深入探討現代精細化工生産中過程控製係統的基本原理與架構。內容涵蓋瞭從基礎的測量儀錶選型、信號處理到執行器的動態特性分析。重點闡述瞭分布式控製係統（DCS）和可編程邏輯控製器（PLC）在精細化工單元操作中的應用場景、硬件選型標準及軟件編程邏輯。詳細解析瞭傳感器（如溫度、壓力、流量、pH值、液位等）在苛刻化工環境下的可靠性與精度要求，並對比瞭傳統模擬信號與現代數字總綫技術（如HART、Foundation Fieldbus）的優缺點及集成策略。此外，還引入瞭過程安全儀錶係統（SIS）的基本概念，強調瞭在精細化學品生産中，安全聯鎖設計的重要性與實施規範。 第二章：經典反饋與前饋控製策略 本章聚焦於工業控製領域應用最為廣泛的PID控製器。通過對經典的比例（P）、積分（I）、微分（D）三項的獨立作用、相互耦閤效應及其對係統響應的影響進行透徹分析。內容不僅包括瞭理論推導，更側重於精細化工場景下的參數整定方法。我們將詳述Ziegler-Nichols法、模型匹配法等經典整定技術，並結閤實際案例，展示如何在反應釜、精餾塔、結晶器等關鍵設備上進行參數的在綫與離綫優化。同時，本章引入前饋控製，闡明如何利用過程乾擾的先驗信息，提前介入控製，有效抑製負荷變化對産品質量的衝擊。對延遲環節（純滯後時間）的處理，特彆是針對大延遲係統的控製挑戰，提供瞭多種有效的工程解決方案。 第三章：先進過程控製（APC）技術 隨著精細化工對産品收率、能耗和批次間一緻性要求的提高，先進控製技術已成為核心競爭力。本章係統介紹基於模型的先進控製方法。首先，對過程模型辨識技術進行瞭詳細介紹，包括時間域辨識和頻率域辨識在化工過程中的應用，重點講解瞭如何構建準確、魯棒的化學過程機理模型或數據驅動模型。隨後，深入剖析模型預測控製（MPC）。內容覆蓋瞭核心的優化問題數學描述（二次規劃或綫性規劃）、約束處理（輸入、輸齣和狀態約束）以及在綫滾動時域的計算流程。通過多個精餾塔的能效優化、多變量反應器溫度控製等案例，展示MPC在處理強耦閤、多變量係統中的卓越性能。此外，本章還涵蓋瞭模糊控製、神經網絡控製在非綫性或難以建模係統中的應用探索。 第四章：批次過程控製與優化 精細化工和醫藥中間體生産大量采用間歇式（批次）操作。本章專門針對批次過程的特殊性，構建瞭一套完整的控製與優化理論框架。內容始於批次過程的階段劃分（如投料、升溫、反應、冷卻、齣料）及階段間的平穩切換邏輯。隨後，詳細介紹“軌跡跟蹤控製”的概念，即如何精確地跟蹤預先設定的時間-狀態軌跡。本章的核心在於混閤整數非綫性控製（MINLP）在批次過程優化中的應用，目標是最小化批次周期或最大化收率。探討瞭麵嚮批次過程的在綫優化（Real-Time Optimization, RTO）策略，以及如何利用操作數據的反饋修正批次模型，確保下一批次能達到更優的性能。 第五章：過程質量控製與軟測量 産品質量是精細化工的生命綫。本章探討如何將質量指標（如組分濃度、純度、分子量分布等）引入實時控製迴路。由於在綫分析儀器成本高昂或響應緩慢，本章重點介紹瞭“軟測量”（Soft Sensing）技術。內容包括基於多元統計分析（如PCA、PLS）的定量結構-活性關係（QSAR）建模、基於神經網絡的工況預測模型構建。重點討論瞭模型的實時更新、異常檢測與狀態估計，確保軟測量結果的可靠性。此外，本章還引入瞭質量控製（QC）與過程控製（PC）的集成，即如何設計反饋結構，使過程變量的波動能迅速被校正，從而將最終産品質量波動控製在規格限度內。 第六章：過程安全儀錶係統（SIS）與風險管理 安全是化工過程控製的最高優先級。本章詳盡論述瞭過程安全儀錶係統的設計、實施與維護，與傳統的基於DCS的過程控製係統形成鮮明對比。內容嚴格遵循IEC 61508/61511功能安全標準。詳細解釋瞭安全完整性等級（SIL）的確定流程，包括危害和可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）。本章還涵蓋瞭安全閥、緊急切斷閥等關鍵安全元件的選型與校驗，以及SIS的獨立性設計原則，確保在基本過程控製失效時，SIS能夠可靠地將裝置帶入安全狀態。 第七章：工業數據通信與網絡安全 現代控製係統嚴重依賴於可靠的數據通信網絡。本章從工業以太網的角度齣發，介紹瞭現場總綫（PROFIBUS DP/PA, Modbus TCP）及工業以太網協議（EtherNet/IP, PROFINET）在化工數據采集與控製中的應用。本章強調瞭工業控製係統（ICS）的網絡安全問題，這是當前精細化工數字化轉型中的關鍵挑戰。內容包括網絡分段（ISA/IEC 62443標準）、入侵檢測係統在控製層麵的部署、以及針對操作員站和工程師站的加固策略，確保數據傳輸的完整性、可用性和機密性。 第八章：控製係統性能評估與優化 控製係統投入運行後，持續的性能監測與優化至關重要。本章提供瞭量化評估控製係統性能的工程化工具。內容包括過程變異性的度量（如波動幅度、波動頻率）、控製器效率指標（如積分絕對誤差IAE、控製超調量）。重點講解瞭“過程性能監控”（Performance Monitoring）的自動化方法，如何利用曆史數據自動發現“帶病運行”的控製迴路，並指導工程師進行針對性的改進。本章最後對新興的基於雲的分析和預測性維護技術在控製資産管理中的潛力進行瞭展望。

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這本書在理論深度和工程實踐的結閤上做到瞭一個令人稱贊的平衡點。很多同類的書籍，要麼是純理論的數學推導，讀起來索然無味，要麼是純粹的設備操作手冊，缺乏對底層機理的解釋。而這本書巧妙地規避瞭這兩個極端。我發現，每當介紹完一種主要的加工技術（比如車削、銑削），後麵緊跟著的章節就會立刻引入相關的工裝夾具設計和刀具選擇的實際考量。特彆是關於誤差分析的部分，作者並沒有簡單地羅列誤差來源，而是提供瞭一套完整的“誤差樹”分析框架，這讓我意識到，製造過程中的任何一個微小環節都可能纍積成最終産品的偏差。更讓人驚喜的是，書中收錄瞭大量來自實際工廠一綫的典型零件圖紙作為案例，並附帶瞭詳細的工藝路綫分析和工時定額估算，這對於我們這些未來想從事工藝規劃的讀者來說，簡直是無價的寶藏。它不隻是在“教你知識”，更是在“教你如何像工程師一樣思考”。

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如果說有什麼地方可以讓我雞蛋裏挑骨頭的話，那可能是在多媒體資源的整閤上。雖然書籍本身的文字和圖錶已經非常詳盡，但麵對一些高速動態的切削過程或者復雜的裝配順序，僅僅依靠二維的靜態插圖，有時還是難以完全形成清晰的立體印象。我期望未來修訂版中能增加配套的二維碼鏈接，指嚮那些關鍵工藝流程的短視頻演示，那樣無疑會更具直觀性和沉浸感。不過，這僅僅是技術時代的“一點小小的遺憾”，並不影響它作為核心參考書的地位。這本書的優點在於其內容的**普適性**和**時效性**。它沒有過多糾纏於某一特定品牌或型號的機床參數，而是聚焦於那些跨越時代、適用於任何先進製造環境的基本原理，比如材料的塑性變形規律、公差配閤的哲學思想等，這些內容即使在十年後也不會過時，這正是優秀教材的價值所在。

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我花瞭整整一個周末的時間來“攻剋”這本書的前三章，坦白說，我原本以為會遇到一堵難以逾越的技術壁壘，畢竟“製造基礎”這個詞聽起來就充滿瞭晦澀的機械原理。然而，這本書的敘述方式卻齣乎我的意料。它沒有一開始就拋齣那些令人頭暈目眩的專業術語，而是從最宏觀的生産係統和工藝流程入手，像剝洋蔥一樣，一層層深入到具體的加工方法和設備原理。作者的語言風格極其平易近人，就像一位經驗豐富的老師傅在車間裏手把手地指導你。舉個例子，講解切削力計算時，它沒有直接給齣復雜的積分公式，而是先用一個非常生活化的場景——比如用刀切黃油——來類比材料的受力狀態，這種“從生活到工程”的過渡方式，極大地降低瞭我的心理門檻。每當我覺得快要跟不上時，總能找到一個深入淺齣的圖示或一個簡短的案例分析來及時“拉我一把”，確保我完全理解瞭當前的概念纔繼續前進，這種循序漸進的節奏掌控力，是我讀過的技術書籍中最齣色的之一。

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總的來說，這本書給我的感覺是“內功深厚，學以緻用”。我把它放在工作颱旁邊，已經記不清有多少次因為某個突發的技術疑問而隨手翻開它，並在幾分鍾內找到瞭清晰、權威的解答。它不是那種讀完一遍就可以束之高閣的書籍，而更像是一個陪伴你成長的工具箱，裏麵的工具會隨著你專業技能的提升，被賦予更深層次的理解和應用價值。對於機械設計、製造工程專業的學生來說，它無疑是首選的入門讀物；對於一綫技術人員和質量工程師，它也是一個隨時可以迴溯和校準思維的可靠參照。這本書的成功之處在於，它成功地將一個看似枯燥、繁瑣的工程學科，轉化成瞭一套邏輯嚴密、充滿智慧的知識體係，讀完後，我對“製造”二字的敬畏感和興趣都大大提升瞭。

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這本書的封麵設計得非常樸實，沒有花哨的圖案，直接以醒目的標題占據瞭主要的視覺區域。初次拿起它時，我立刻被它厚重的分量感所吸引，這讓我對其中蘊含的知識量有瞭初步的預期。內頁的紙張質量相當不錯，摸起來光滑細膩，即便是長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞，這對於需要反復查閱的工具書來說是一個巨大的加分項。排版方麵，作者明顯下瞭不少功夫，字體大小適中，段落之間的留白恰到好處，使得復雜的概念在視覺上得到瞭很好的拆解和消化。特彆是那些關鍵的公式和圖錶，都被清晰地標注和放大，即便是初學者也能迅速捕捉到重點。我尤其欣賞的是，作者在章節的開頭和結尾處設置瞭簡短的“學習目標”和“知識迴顧”闆塊，這對於構建係統的知識框架非常有幫助，讓閱讀過程不再是漫無目的的知識堆砌，而是有清晰的路徑指引。整體來看，這是一本在物理呈現上就體現齣專業嚴謹態度的教材，讓人在翻閱之初就感受到一種可靠的學術氛圍。

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