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出版者:人民邮电出版社

作者:祝凌云

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:38.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787115112408

丛书系列:

图书标签:

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• 机械设计
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• 三维建模

《机械设计与制造前沿技术探索》 内容提要： 本书旨在为机械工程领域的专业人士、高级研究人员以及对先进制造技术充满热忱的工程师提供一份详尽且深入的综述报告。本书超越了传统CAD/CAM软件的操作层面，聚焦于前沿理论、新兴工艺与系统集成的交叉领域，致力于拓宽读者对现代机械设计与制造体系的认知边界。 全书结构清晰，分为五大部分，共二十章，涵盖了从材料科学的颠覆性创新到智能制造系统的顶层设计等多个维度。 --- 第一部分：先进材料与结构设计革新 (Advanced Materials and Structural Design Innovation) 第一章：增材制造（3D打印）的材料科学瓶颈与突破 本章深入探讨了当前增材制造（AM）领域中，高性能金属合金、陶瓷及复合材料的粉末特性、烧结动力学和残余应力控制的复杂问题。重点分析了下一代高熵合金（HEA）在选区激光熔化（SLM）过程中的微观结构演变，以及如何通过热处理工艺实现性能的后向优化。同时，详细阐述了功能梯度材料（FGM）在航空航天部件中的应用潜力，以及拓扑优化算法如何指导复杂内部结构的材料沉积路径。 第二章：超材料与仿生结构的设计原理 本章聚焦于人工设计的具有自然材料不具备的宏观特性的超材料。内容涵盖了声学超材料（用于隔振与吸声）、电磁超材料（用于隐身技术与高效天线设计）以及机械超材料（如负泊松比材料——拉胀材料）。通过对点阵结构（Lattice Structure）的有限元分析，揭示了如何通过精确控制孔隙率、晶格几何形状，实现对结构刚度、阻尼特性和能量吸收能力的精细调控，为轻量化设计提供了全新的理论基础。 第三章：多尺度模拟与验证方法 讨论了如何整合从原子尺度（如分子动力学MD模拟）到宏观尺度（如有限元分析FEA）的跨尺度模拟方法。重点介绍了晶格玻尔兹曼方法（LBM）在模拟复杂流体流动和传热问题中的优势，以及如何利用机器学习模型，加速材料性能预测，减少昂贵的实验迭代次数。 --- 第二部分：面向制造的系统集成与优化 (System Integration and Manufacturing Optimization) 第四章：数字化孪生（Digital Twin）在全生命周期管理中的应用 本章详述了数字化孪生模型的构建框架，该模型不仅包括几何信息，更集成了实时运行数据、传感器反馈及预测性维护算法。重点讨论了如何利用孪生模型对大型复杂装备（如燃气轮机、高精度机床）进行性能评估、故障预警和远程调试，实现从“设计-制造-运维”一体化的闭环控制。 第五章：面向高精度加工的颤振抑制技术 深入研究了高速切削过程中刀具与工件之间的动态耦合效应，特别是切削颤振（Chatter）的产生机理。本章提供了主动和被动两种抑制策略：主动策略包括基于压电效应的在线补偿技术和自适应控制算法；被动策略则侧重于新型阻尼刀柄和高刚度夹具系统的设计准则。 第六章：柔性制造系统（FMS）的调度与资源优化 探讨了在多品种、小批量生产背景下，柔性制造系统（FMS）中机器人、机床、AGV（自动导引车）等资源的有效调度问题。引入了混合整数线性规划（MILP）模型和启发式算法，用于求解最大化吞吐量和最小化在制品（WIP）的复杂调度问题。 --- 第三部分：智能控制与人机交互界面 (Intelligent Control and HMI) 第七章：基于深度学习的质量视觉检测系统 本章聚焦于工业视觉在自动化质量控制中的应用。详细介绍了卷积神经网络（CNN）在识别微小表面缺陷（如裂纹、划痕、氧化斑点）中的结构优化，以及如何利用生成对抗网络（GAN）生成合成缺陷样本，以解决真实缺陷数据稀缺的问题。 第八章：自适应控制系统与模型预测控制（MPC） 超越传统的PID控制，本章详细阐述了模型预测控制（MPC）在处理多变量、强耦合系统（如复杂热处理炉控温系统）中的优势。讨论了如何在线辨识系统模型，并利用MPC进行前瞻性控制，以应对非线性动态和外部扰动。 第九章：高级人机交互（HMI）与增强现实（AR）在装配指导中的集成 探讨了如何利用AR技术叠加数字信息和操作指导层，极大地简化了复杂设备的现场装配和维修流程。重点分析了空间定位精度、数据延迟对用户体验的影响，以及如何设计直观、非侵入式的交互反馈机制。 --- 第四部分：仿真技术的高级应用与验证 (Advanced Simulation and Validation) 第十章：多物理场耦合仿真（MPFSC）的建模技术 系统介绍了热-力-电-磁多物理场耦合分析的必要性与挑战，特别是在激光焊接、电磁成形等工艺中的应用。着重分析了不同物理场之间能量和应力传递的耦合机制，以及如何构建精确的界面条件。 第十一章：基于离散元法（DEM）的颗粒物料流动模拟 针对粉末冶金、连续铸造等涉及颗粒运动的工艺，详细讲解了离散元法（DEM）在模拟粉末堆积、流动性及压实过程中的应用。讨论了如何优化接触模型（如Hertz-Mindlin模型）以更准确地反映真实颗粒间的摩擦与碰撞特性。 第十二章：计算流体力学（CFD）在热管理中的优化 关注于电子设备和动力电池组的热设计问题。内容包括非定常湍流模型的选择（如RANS与LES的对比），以及如何利用优化算法（如拓扑优化、形状优化）结合CFD结果，设计出最高效的散热结构（如微通道、鳍片阵列）。 --- 第五部分：可持续性与面向未来的制造范式 (Sustainability and Future Manufacturing Paradigms) 第十三章：面向循环经济的“摇篮到摇篮”设计原则 本章探讨了产品设计如何融入生命周期终结的考量。讨论了材料的选择标准（易拆解、易回收性）、模块化设计对延长产品寿命的贡献，以及如何通过分析物流网络，优化回收与再制造的效率。 第十四章：低碳制造工艺与能源效率提升 分析了传统高能耗制造工艺（如锻造、热处理）的能耗热点。重点介绍了低温/低压成形技术、高频感应加热技术在降低能耗方面的进展，并提供了工业能耗数据的量化分析方法。 第十五章：后工业时代下的机器人协作与安全标准 讨论了先进的力/扭矩传感器和视觉反馈系统如何赋能人机协作机器人（Cobots）。阐述了在共享工作空间内，如何确保操作的安全性和效率，以及相关国际安全标准（如ISO/TS 15066）的实施细则。 --- 本书内容具有高度的理论深度和前瞻性，强调跨学科知识的融合应用，是指导工程实践者向更高级别、更智能化的机械设计与制造领域迈进的重要参考资料。它不仅是一本技术手册，更是一份对未来十年机械工程发展趋势的深度研判报告。

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阅读体验上，这本书的行文风格偏向于一种冷静、客观的叙述，几乎没有任何个人情感色彩的介入，这对于追求信息准确性的读者来说是优点，但也带来了一定的阅读疲劳感。很多章节的过渡略显生硬，从一个基础概念跳到下一个高级功能，中间的逻辑衔接不够流畅，需要读者自己在大脑中构建桥梁。我特别想知道的是，在处理复杂的装配体运动仿真时，书里提到的约束条件的设定逻辑是否可以更深入地探讨一下“故障排除”的部分。我的经验是，仿真失败往往不是因为约束定义错误，而是因为约束的顺序或冲突导致的。书中对这类“灰色地带”的探讨非常少，基本都是成功的演示案例。这种完美主义的案例展示，虽然美观，但在实际解决疑难杂症时，帮助有限。如果作者能在每个重要功能点的结尾，加入一个“常见陷阱与应对”的小节，或者分享一些自己多年使用中积累的“捷径”，我想这本书的价值将从“入门”提升到“精通”的门槛。

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这本关于设计软件的书，感觉就像是拿到了一份非常详尽的施工蓝图，但它似乎更侧重于宏观的指导，而不是深入到每一个螺丝钉的拧紧方式。读完之后，我对于整个软件的工作流程有了个大概的认知，知道哪些模块负责建模，哪些模块处理曲面，以及它们之间是如何串联起来的。比如说，它很清晰地阐述了参数化设计理念的精髓，让我明白了为什么在修改尺寸时，模型能自动适应变化。书中对于界面布局的介绍非常直观，每一个图标的功能都被标注得清清楚楚，这对于初次接触复杂CAD系统的我来说，无疑是定心丸。然而，在实际操作层面，总觉得缺少一些“手把手”的练习环节。很多高级功能，比如复杂的装配约束或运动仿真，仅仅是一笔带过，留给读者的想象空间过大。我希望它能提供更多不同行业应用的案例分析，例如，如果我要设计一个航空部件，这本书里涉及的材料属性和公差设定会不会有专门的章节讲解？目前看来，它更像是一本工具书的目录索引，告诉你“有什么”，但没有充分展示“怎么用得精妙”。对于那些已经熟悉其他三维软件的老手来说，这本书提供的价值可能在于快速熟悉新软件的环境差异，但对于想成为专家的我来说，还需要配合大量的实战项目才能真正融会贯通。

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这本书给我的感觉，就像是拿到了一份极其厚重的软件开发文档，它细致入微地记录了每一个菜单项的功能，却在“为什么”和“如何优化”上显得有些寡淡。它成功地教会了我如何准确地执行命令，比如如何创建基准面、如何使用草图工具画出精确的轮廓线。但是，当我在实际工作中遇到性能瓶颈时——比如一个包含数千个零件的装配体打开速度奇慢，或者在进行多次迭代修改后模型变得极其不稳定时——翻阅这本书却找不到任何关于模型优化策略或者大型项目管理规范的讨论。这让我意识到，这本书似乎是面向单体零件的初学者设计的，它强调的是“做出来”，而不是“做得好、跑得快”。我们都知道，在工程实践中，设计规范和文件管理比单纯的建模技巧更考验工程师的功底。这本书如果能增加一章关于“面向制造的设计”（DFM）原则在软件中的具体应用，或者如何配置企业级的标准库和模板，那它的实用价值无疑会飙升一个档次。现在，它更像是一本技术手册，而非一本实战宝典。

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这本书在软件功能的覆盖面上非常全面，可以说，你能在菜单栏里找到的任何一个工具，这本书都有对应的解释和演示。它像是一个详尽的词典，把软件的每一个“词汇”都做了定义。然而，这种“大而全”的结构，导致了它在深度上有所欠缺，尤其是在软件的高级应用和与其他工程软件的集成方面。比如，在数据交换环节，这本书对STEP、IGES等通用文件格式的导入导出细节，以及如何确保几何精度不丢失的配置选项，只是简单提了一下，没有深入分析不同版本、不同软件间可能存在的兼容性问题及解决方案。对于需要进行跨平台协作的工程师来说，这部分信息至关重要。总而言之，这本书完美地完成了“教你认识这个工具”的任务，它为你打开了通往三维设计世界的大门，但后续的“精雕细琢”和“性能调校”，似乎需要读者自己去寻找更专业的进阶材料，或者通过漫长的试错过程来积累经验。它是一个坚实的基础，但不是一个完整的攀登指南。

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坦白说，这本书的排版和图示质量令人印象深刻，色彩搭配和图例的清晰度，确实体现了出版方的专业水准。它在软件基础概念的引入上做得相当到位，那种严谨的学术气息扑面而来，让人觉得正在学习一门真正的工程学科，而非仅仅是操作一个工具。特别是对于特征驱动建模的逻辑解析，作者采用了类比的方式，将复杂的几何运算转换成了易于理解的工程思维，这对于打牢基础至关重要。但是，这本书的篇幅似乎更倾向于软件功能的罗列，而不是解决实际设计痛点。例如，当我尝试用书中学到的知识去处理一个非标准的自由曲面设计时，发现书本中的示例大多是标准的拉伸、旋转体，对于那些需要大量曲面造型技巧的复杂产品设计，例如汽车外壳或人体工程学设备，这本书的指导价值就显得有些力不从心了。我个人期待的，是更深入地探讨几种主流的逆向工程导入流程，以及如何处理扫描数据后的网格修复与曲面重构，这些在现代制造业中越来越关键的环节，在这本书中似乎没有得到足够的重视和篇幅展开，留下了明显的知识断层。

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