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出版者:科学

作者:盛继生主编

出品人:

页数:371

译者:

出版时间:2007-9

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787030193537

丛书系列:

图书标签:

• 机械制造
• 机械工程
• 基础知识
• 制造工艺
• 机械原理
• 机械设计
• 工业技术
• 工程技术
• 机械设备
• 实训教材

机械设计与制造工艺综论 导言：现代工业的基石与未来展望 机械制造作为工业文明的核心驱动力，其发展水平直接决定了一个国家在国际竞争中的地位。从蒸汽机的轰鸣到数字控制的精密加工，机械制造技术历经数个世纪的积累与飞跃。本书旨在提供一个宏观且深入的视角，审视现代机械设计、材料科学、制造工艺以及智能化集成这四大支柱如何相互支撑，共同构建起当代高端制造业的蓝图。我们避开单一的“基础”知识的重复介绍，而是聚焦于前沿技术、跨学科融合以及复杂系统集成在实际工程应用中的挑战与解决方案。 第一部分：创新驱动的机械系统设计理论 本部分侧重于超越传统强度校核的设计哲学，深入探讨功能导向、可靠性优化和环境适应性设计。 第一章：面向高性能的结构设计与分析 传统的设计往往以满足静态载荷为首要目标，而现代工程要求结构具备更高的能量效率、更轻的质量和更长的疲劳寿命。 拓扑优化与增材制造的协同设计： 探讨如何利用拓扑优化算法（如MSC.Nastran的MSC.ADOPT或Altair的OptiStruct）生成具有生物仿生特征的复杂轻量化结构。重点分析增材制造（3D打印）技术如何克服传统减材制造的几何约束，实现这些复杂结构的落地。讨论金属粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）工艺在不同应用场景下的精度控制与残余应力管理。 多物理场耦合分析（FEA进阶）： 深入研究热-结构耦合、流固耦合（FSI）在旋转机械（如涡轮叶片）和高精度机床主轴设计中的关键作用。阐述如何准确模拟复杂载荷条件下材料的非线性行为（蠕变、塑性变形）及其对系统长期稳定性的影响。 机构运动学与动力学的高级建模： 关注柔顺机构（Compliant Mechanisms）的设计原理，探讨如何通过材料弹性形变实现机构功能，从而消除传统铰链带来的摩擦、磨损和间隙问题。引入拉格朗日方程和哈密顿原理在高速复杂机构动力学仿真中的应用。 第二章：面向全生命周期的可靠性工程 可靠性不再是事后检验的标准，而是融入设计之初的核心指标。本章探讨如何量化和预测机械系统的服役性能。 基于概率的可靠性评估（PRA）： 介绍第二代和第三代可靠性设计方法，包括基于随机变量和不确定性量化的模型。重点剖析疲劳寿命的统计学模型，如Weibull分布在预测随机载荷下的失效概率中的应用。 剩余寿命预测（RUL）与状态监测： 探讨如何结合传感器数据（振动、温度、声发射）与数据驱动模型（如LSTM、Transformer模型），实时评估关键部件的健康状态。讨论如何利用高斯过程回归等方法进行不确定性量化的RUL预测，为预防性维护提供科学依据。 第二部分：尖端材料与先进制造技术的融合 材料是承载结构功能的基础，而制造工艺则是实现设计意图的桥梁。本部分聚焦于材料创新如何推动制造能力的边界。 第三章：工程材料的跨界应用 现代机械系统对材料的要求越来越苛刻，需要同时具备高强度、耐腐蚀性、轻量化和特定电磁/热学特性。 高性能复合材料在动载荷结构中的应用： 详细分析碳纤维增强聚合物（CFRP）、陶瓷基复合材料（CMC）的界面行为和宏观力学性能。讨论纤维铺层设计对结构抗冲击性能和各向异性疲劳的影响。 新型金属合金的冶金学与加工性： 探讨高熵合金（HEA）和金属间化合物在极端温度环境（如航空发动机热端部件）下的应用潜力。分析新型增材制造专用合金粉末的成分设计与微观结构控制。 功能梯度材料（FGM）的设计原理： 阐述如何通过材料成分或微观结构的连续变化来解决界面应力集中问题，特别是在热屏障涂层和高载荷连接件中的应用。 第四章：超精密与智能制造工艺 制造工艺的进步正在将公差范围推向亚微米乃至纳米级别，同时结合信息技术实现制造过程的柔性化和自适应。 超精密加工技术： 深入分析离子束抛光、磁流变抛光（MRF）和电化学加工（ECM）在光学元件、半导体模具等高精度表面制备中的原理和误差控制。讨论表面形貌参数（如$R_a, R_q, S_k$）与零部件功能（如润滑性能、光学反射率）之间的精确关系。 先进连接技术： 考察摩擦搅拌焊（FSW）、激光复合焊等新能源汽车和航空结构件中广泛使用的固态连接技术。重点分析热影响区（HAZ）的微观组织演变及其对焊缝强度的影响。 数字孪生与制造执行系统（MES）： 阐述如何通过高频传感器和边缘计算构建车间级的数字孪生模型，实现对加工过程的实时监控、预测性维护和工艺参数的自适应调整。讨论信息物理系统（CPS）在未来智能工厂中的集成框架。 第三部分：系统集成与未来制造范式 本部分将视野从单个部件提升到复杂系统的层面，探讨如何通过集成化和自动化实现效率的飞跃。 第五章：现代机器人与自动化系统 现代制造系统越来越依赖于高精度、高灵活性的自动化单元。 高精度并联机构与运动控制： 分析并联机器人（如Stewart平台）的运动学逆解难题与奇异点避免策略。探讨基于高带宽力/力矩传感器的接触式操作（如精密装配、打磨）的控制算法。 人机协作的安全性与效率优化： 讨论协作机器人（Cobots）在工作空间共享、力矩限制和安全区域规划中的具体实现路径。分析如何通过增强现实（AR）界面辅助工人进行复杂任务的示教与验证。 第六章：复杂机械系统的测试、验证与标准化 确保大型、复杂的机械系统（如火箭发射平台、大型数控机床）的集成功能是工程的终极挑战。 模态分析与振动抑制： 介绍频响函数测试、激光多点振动测量在大型结构模态识别中的应用。讨论主动/被动隔振技术，特别是磁悬浮轴承和主动阻尼器在高速旋转设备中的效能。 面向互操作性的数据标准： 探讨工业物联网（IIoT）背景下，OPC UA、MTConnect等数据通信协议如何在不同供应商的设备间建立统一的信息语义，支撑跨平台的数据集成与分析。 结语：迈向自主制造的挑战 本书的最终目标是引导读者理解，未来的机械制造将是一个高度依赖跨学科知识、强调系统优化和持续学习的领域。从新材料的发现到复杂算法的部署，每一个环节都要求工程师具备超越传统工科教育的广度和深度，以应对能源转型、太空探索和个性化制造带来的全新挑战。对这些前沿领域的深入理解，是未来机械工程师构建下一代工业系统的必备素养。

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说实话，这本书让我对“跨学科研究”的界限产生了深深的怀疑。我能理解现代制造技术越来越复杂，需要借鉴管理学、信息论甚至心理学。但这本书的处理方式，简直是把不同学科的知识生硬地粘合在一起，产生了一种怪诞的混合物。它似乎认为，只要把一个热处理的流程图，强行嫁接到一个关于组织行为学的决策树模型上，就创造了新的理论。书中对“人机交互”的讨论，完全集中在操作员在面对复杂的HMI界面时产生的焦虑情绪研究上，却对HMI界面的底层逻辑、PLC编程的可靠性只是一带而过，甚至用了“机械的冰冷逻辑对人类情感的无声审判”这种措辞来总结。我购买一本“机械制造基础”的目的，是学习如何让机器高效、准确地工作，而不是去探讨操作员的内心世界。这本书把重点完全放错了地方，它关注的不是如何把零件做得更好、更快、更省成本，而是如何用最哲学、最晦涩的方式去描述制造行为本身，这对于想掌握实际技能的人来说，价值趋近于零。我找不到任何可以用来指导实践的步骤或经验总结。

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这本号称“机械制造基础”的著作，恕我直言，简直是让我大开眼界——当然，不是以一种褒义的方式。我本来满心期待能在这本书里找到扎实的金属切削原理、模具设计的基础逻辑，或者至少是对常用机床操作的清晰指导。然而，我翻开第一章，迎面扑来的是一堆我根本不认识的、用晦涩的术语堆砌起来的哲学思辨，讨论的竟然是“后工业时代下劳动异化的本质”与“工具理性在数控技术中的渗透性影响”。我赶紧翻到中间部分，期望看到哪怕一张合格的图纸示例，或者关于公差配合的直观解释。结果呢？书中花了整整三章的篇幅来论述“制造过程中的主体性缺失与符号学解读”，配图是一些完全抽象的、类似艺术装置的照片，标题赫然写着“铁屑的瞬间美学”。如果我需要一本关于机械制造的书，我需要的不是一本关于“机械制造现象的后现代批判”的学术论文集。这本书的作者似乎对“基础”这个词有着极其异于常人的理解，他似乎认为我们应该先理解了尼采和海德格尔，才能去拧紧一个螺栓。对于一个想入门的工程学生来说，这本书简直是精神污染，浪费时间去消化那些与实际操作毫无关联的玄学思考，只会让人离车间越来越远。它更像是一本放在哲学系图书馆里，伪装成理工书籍的怪胎。

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我必须指出，这本书的排版和插图设计，也充分暴露了它对“基础知识”的轻蔑态度。在学习任何技术性学科时，清晰的示意图、标准化的符号和合理的图文对照是理解复杂流程的生命线。然而，这本书的插图质量低劣，分辨率模糊，很多关键结构部分的标注缺失，或者标注的字体和位置五花八门，毫无章法可言。比如，在讲解一个简单的螺纹连接结构时，它提供的剖视图看起来就像是用蜡笔画出来的，关键的牙型角和螺距完全无法从图中标注中读取。更糟糕的是，很多图表——如果可以称之为图表的话——根本就没有提供必要的单位标注。这本书到底是基于公制系统还是英制系统？是牛顿力学框架还是相对论框架？读者完全无从得知。这种对细节和规范性的漠视，在任何一个工程领域都是致命的。对于“基础”知识的学习者而言，建立正确的视觉和概念模型至关重要，而这本书提供的几乎是一个反面教材，它在教我们如何去忽视那些保障安全和精度的基本规范。

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坦白说，我感觉自己被这本书骗了。我买这本书是冲着它封面上的“基础”二字，想着这是为初学者准备的敲门砖。结果，这本书的深度和广度完全脱离了“基础”的范畴，直接把我丢进了深海里。书中的内容组织结构极其混乱，逻辑跳跃得让人头晕目眩。前一页还在煞有介事地讲解某个复杂热处理工艺的分子结构变化，下一页突然话锋一转，开始探讨古代青铜冶炼技术与现代供应链管理的跨时空对比，而且论证过程极其牵强附会。更让我抓狂的是，书中引用的参考资料列表，我粗略扫了一眼，里面充斥着大量的文学评论、社会学报告，而正经的机械工程标准和手册却少得可怜。这感觉就像是，你问面包师怎么做面包，他却给你讲了小麦的植物遗传学史和中世纪欧洲的农业税收制度。我需要的“基础”是那些能让我第二天在工厂里派上用场的知识点，是那些关于材料性能、加工方法、测量精度的硬核内容。这本书给我的感觉，更像是一本被过度包装的、试图跨学科“创新”的失败尝试，它把“基础”的概念无限拉伸，直到完全失去了原有的意义。我找不到任何可以用来解决实际问题的公式、表格或者流程图。

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这本书的叙事风格，简直是反人类工程学的典范。我是一个习惯了严谨、精确的理工科表达方式的读者，我喜欢图表说话，喜欢用数据支撑论点。然而，这本书里充斥着大量的、充满主观臆断的描述性文字，而且很多关键概念的定义模糊不清，仿佛作者在进行一场文学创作而非技术教学。比如，书中描述“切削力”时，没有给出任何相关的欧拉公式或者摩擦系数的讨论，反而用了一大段极富诗意的语言来描绘“刀具与材料在微观层面的痛苦抗争与能量释放”。这种描述，对于理解切削参数设置毫无帮助。我试着去理解作者的意图，或许他想用一种更“人性化”的方式来传达信息，但结果却是，我花费了大量精力去破译这些华丽辞藻背后到底想表达的那个最基本的物理定律是什么。全书的语言是如此的冗余和迂回，仿佛作者在用一百个词来表达本可以用十个词说清的道理。如果我拿着这本书去考一个基础的机械设计理论，我肯定会因为写跑题太多而被判不及格。它更适合在某个艺术品鉴赏会上被拿出来朗读，而不是被放在工具书架上供人查阅。

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