本书以二十多种常用机械设备为例，介绍了设备的用途和发展趋势、机械结构和工艺要求，着重讲解了如何利用自动化、运动控制和驱动系统实现设备的工艺动作，并给出了每种机型对应的自动化与驱动系统解决方案；结合机械设备制造和使用领域人工智能技术的发展现状，介绍了人工智能技术在某些机械设备上的应用；介绍了工业产品、生产设备、自动化与驱动产品及解决方案之间的依赖和促进关系，阐释了如何将机电一体化、数字化双胞胎、虚拟调试等新技术用于生产设备和生产线；介绍了常用的机器安全标准、机器接口数据标准OMAC及其应用、生产线及企业网络的结构和功能，论述了如何利用标准化的OMAC机器接口数据自动产生和显示生产线的绩效指标、故障及报警等实用信息；介绍了工业云的概念、组成和结构，阐述了人工智能应用软件、工业云和边缘设备的综合运用给企业带来的好处，并通过详细案例进行了讲解；介绍了产品全生命周期管理和数字化企业的基本概念，以及企业如何结合自身实际逐步实施数字化转型的基本路径。第3章配有大量相关典型机械设备工艺过程的视频讲解，读者只须扫描书中的二维码，即可观看相应的视频讲解内容。
本书适合自动化与驱动产品生产及销售企业的销售人员、业务开发人员、工程师及管理人员，系统集成商和生产机械制造商的销售人员、工程技术人员和管理人员，以及大专院校及高职院校的教师和高年级学生阅读。

◆详解20多种机械设备的工艺原理，利用自动化、驱动和运动控制技术实现设备工艺动作的方法，对每种机型都给出了对应的自动化与驱动系统解决方案。
◆精析机电一体化、数字化双胞胎、虚拟调试等新技术用于生产设备和生产线的方法。
◆通俗讲解企业网络、机器安全、制造执行系统及企业资源计划软件、数字化双胞胎、工业云等概念和应用，并提供详细案例讲解。
◆新增人工智能在典型机械设备上的应用;18个典型机械设备工艺过程视频讲解。

本人在三年前着手编写这本书时，将机械设备的自动化和运动控制解决方案作为重点。这些年来，数字孪生、人工智能、云计算、边缘计算、扩展现实等技术在不断地向工业领域渗透，且越来越多地应用于机械设备的制造、使用和维护等阶段。自动化以机械和电子设备代替人的体力，实现连续、高效和低成本的产品生产；人工智能则使机器能够代替人的脑力，执行传统上只有人类才能完成的学习、推理、感知和解决问题等任务。
人工智能技术正在逐步地融入自动化系统，尤其是基于人工智能的机器视觉、基于机器学习的预测分析、自然语言处理等技术，已经在工业自动化系统中得到普遍应用。例如，利用机器学习算法对生产数据进行实时分析，预测设备故障和维护时机；为机器视觉产品检测系统引入深度学习算法，降低产品质量检测的误检率等。
有些自动化产品供货商已经将人工智能的功能模块与PLC控制器集成在一起，使人工智能与自动化系统的融合更加方便。
为使读者在已有机械设备自动化和运动控制等知识的基础上，了解人工智能、扩展现实等新技术，并能够将其原有的工业自动化知识与这些新知识相互补充，更好地解决工作中的实际问题，本书在第1版的基础上，补充了如下内容:
1）根据当前的市场和技术现状，在某些机型的自动化和运动控制解决方案基础上，增加了有关人工智能技术的应用介绍。
2）对数字孪生的概念做了进一步的补充介绍。
3）增加了工业云和边缘计算装置中的人工智能应用软件在机械设备使用和维护阶段的应用介绍。
4）增加了扩展现实(如虚拟现实、增强现实)等技术在工业培训、设备巡检等方面的应用介绍。
5）增加了产品生命周期管理和数字化工厂的介绍。
6)针对机械设备的常见运动控制和安全需求，补充了几个集成安全功能的介绍。
7)在原有对PackML指导性规范介绍的基础上，补充了该规范随时间而发展的情况。
除上述内容补充外，第2版中的一个重要变化是在第3章中增加了17个二维码，在第5章中增加了1个二维码，读者用手机扫描这些二维码，即可观看典型机械设备工艺过程和PackML指导性规范的视频讲解。这样做是因为书中某些机型的工艺过程比较复杂，不仅难以用文字表达清楚，而且读者阅读这些内容时还会感觉枯燥乏味。增加对这些复杂工艺的视频讲解后，读者既可以阅读书中的文字描述，又可以观看对应的视频讲解，这样相辅相成，便可更快、更准确地理解这些工艺过程。
最后还须说明，在新技术、新概念和新名词不断涌现的今天，大部分工程技术人员只须掌握这些新技术的基本功能，并学会如何将它们应用到工作实践中。因此，本书的侧重点是让读者了解这些新技术的功能，并帮助读者将它们应用于机械设备制造、使用和维护等领域，以解决读者面临的实际问题，而不是对上述人工智能、扩展现实等技术的原理做深入的讲解。读者如有深入了解的需求，请参考相关的专业书籍。
由于本人的水平有限，书中仍可能存在不足之处，欢迎读者批评指正。

张春林2025年1月

张春林，1982年毕业于中国人民解放军信息工程大学计算机工程系。2003年加入西门子中国（有限）公司数字化工厂集团工厂自动化部门，负责生产机械行业的业务发展管理工作。掌握先进的工业自动化控制理念，以及驱动、软件等产品知识。作为业务发展经理，曾深入到国内多种行业的产品生产和机械生产企业，与各级技术和管理人员进行技术和业务交流，了解机械设备和生产线的工艺原理以及相关的自动化、驱动和网络系统，了解企业生产和管理网络、企业效率等现存状况；针对设备工艺需要和企业管理需求，并参考欧美同行对同类设备和企业网络解决方案的先进经验，与西门子的销售及工程师一道为国内企业提供多种机械设备以及生产线的自动化与驱动系统解决方案及咨询服务。

第2版前言
第1版前言
第1章概述1
1.1典型机械设备的发展和现状 1
1.2典型机械设备的种类及其动态变化2
1.3市场对机械设备的要求3
1.3.1市场对产品的要求3
1.3.2产品生产商对机械设备的要求4
第2章机电一体化与数字化制造6
2.1机械设备的模块化6
2.2机械设备模块间的协调配合7
2.3机械设备的灵活性8
2.4生产线联网和机械设备运行状态的
采集9
2.5机械设备的数字化双胞胎与虚拟
调试10
2.6人工智能和扩展现实在机械设备领域
的应用14
2.6.1工业领域常用的AI、VR、AR等
技术简介15
2.6.2当前AI、VR、AR等技术在机械设备
领域的典型应用17
第3章典型机械设备的工艺及自动化
解决方案19
3.1机械设备与自动化方案的相互促进及
发展现状 19
3.2典型机械设备的工艺及其自动化和驱
动方案21
3.2.1涂布机21
3.2.2轮转式凹版印刷机26
3.2.3卫星式柔版印刷机36
3.2.4商业轮转印刷机42
3.2.5旋转刀49
3.2.6立式袋成型、填充、封口机53
3.2.7枕式包装机58
3.2.8吹瓶机64
3.2.9洗瓶机70
3.2.10灌装机74
3.2.11杀菌机84
3.2.12贴标机87
3.2.13装箱机94
3.2.14收缩膜包装机99
3.2.15泡罩包装机103
3.2.16塑杯成型、灌装、封切机107
3.2.17装盒机110
3.2.18透明膜三维包装机114
3.2.19码垛机116
3.2.20传送带123
3.2.21多载体输送系统简介及案例
分析130
第4章机器安全140
4.1机器安全的概念140
4.1.1机器的安全法规和标准140
4.1.2安全机器的认定过程141
4.2机器的安全等级142
4.2.1机器的SIL等级142
4.2.2机器的PL等级143
4.2.3SIL等级与PL等级的对应
关系143
4.3安全系统144
4.3.1安全系统的组成144
4.3.2计算安全系统的安全等级147
4.4集成安全功能的控制与驱动产品148
4.4.1什么是集成安全功能的控制与驱
动产品148
4.4.2在驱动产品中集成的安全
功能150
4.4.3具有安全功能的机械设备
举例154
第5章控制系统标准化156
5.1生产线控制系统标准不统一的
问题156
5.2自动化系统标准化的范围158
5.2.1OMAC标准161
5.2.2机械设备及生产企业常用的网络
通信协议177
5.2.3生产线数据的采集、存储、分析
和显示179
第6章提升绩效的方法与数字化企业
简介184
6.1生产线的组成184
6.2整线的控制方式184
6.2.1集中控制方式186
6.2.2非集中控制方式188
6.3OEE的概念和计算191
6.3.1可用性191
6.3.2性能191
6.3.3质量192
6.3.4用机器的OMAC状态计算实
时OEE192
6.4生产线的仿真、虚拟调试和优化193
6.5企业网络、SCADA、MES及ERP
系统195
6.5.1利用企业网络和软件提高企业
管理水平195
6.5.2OMAC、SCADA、MES和ERP的
作用及相互关系196
6.6工业云简介197
6.6.1什么是工业云197
6.6.2企业为什么要接入工业云199
6.6.3工业云的构成和架构201
6.6.4工业云实例203
6.6.5将工业云、边缘计算、AI、VR、AR
用于预测性维护、培训和巡检205
6.7产品全生命周期管理及数字化工厂
简介207
6.7.1数字化工厂注重产品全生命周期
的数字化208
6.7.2数字化工厂需要OT和IT的
融合210
6.7.3数字化工厂的特征和可扩充性212