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出版者:上海大学

作者:陈敏贤主编

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-01-01

价格:24.0

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isbn号码:9787810584463

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• 机械制造
• 制造技术
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• 工业技术
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• 工艺技术
• 机械设计
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• 高等教育

《数字孪生与智能制造前沿探索》 书籍简介 本书聚焦于当前制造业转型升级的核心驱动力——数字孪生技术，并深入探讨其与人工智能、物联网、云计算等新一代信息技术深度融合后，如何驱动传统制造向高度智能化、柔性化、绿色化的未来工厂迈进。全书以构建和应用数字孪生系统为核心主线，系统梳理了从理论基础、关键技术实现到实际工程应用的完整链条。 第一部分：数字孪生的理论基石与系统架构 本部分首先对数字孪生的概念进行了严谨的界定，区分了其与仿真、虚拟现实（VR/AR）等技术的本质区别。详细阐述了数字孪生的核心特征——实时映射、双向交互、生命周期管理。我们深入剖析了数字孪生的分层架构模型，包括物理实体层、数据采集与传输层、数字模型层、仿真与分析层以及应用服务层。特别强调了数据驱动在实现“虚实融合”中的决定性作用，涵盖了工业互联网协议栈（如OPC UA、MQTT）在数据互操作性中的关键角色。 章节内容详述了构建高保真数字孪模型的关键技术挑战与解决方案。这包括多物理场耦合建模，例如如何将结构力学、热力学、流体力学模型集成到一个统一的虚拟环境中；几何精度与语义信息的融合，探讨了如何利用点云数据、三维扫描技术与CAD模型进行高效对齐，并赋予模型以制造、装配、运行状态等语义信息。此外，本书还引入了基于模型的系统工程（MBSE）的理念，说明数字孪生如何作为MBSE的核心载体，贯穿产品研发、生产制造到售后服务的全生命周期。 第二部分：支撑数字孪生的关键使能技术 要实现对复杂制造系统的实时、准确映射，需要一系列前沿技术的协同支撑。本部分详细介绍了这些关键技术： 1. 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 分析了传感器技术、无线通信技术（5G/TSN）在海量、高频、低延迟数据采集中的应用。重点阐述了边缘计算在数据预处理、实时控制反馈回路中的不可替代性，如何有效减轻云端压力，保障关键操作的确定性。 2. 高性能仿真与计算技术： 探讨了基于GPU加速的并行计算在复杂系统仿真中的应用，如快速求解有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）问题。引入了多尺度建模的概念，解释了如何将微观材料行为与宏观设备性能联系起来。 3. 人工智能与数据挖掘： 数字孪生产生海量数据，人工智能是挖掘其价值的关键。我们详细介绍了如何利用深度学习（如LSTM、Transformer模型）对设备运行数据进行状态识别、剩余寿命预测（RUL）和异常检测。探讨了强化学习在优化生产调度和过程参数控制中的潜力，使数字孪生模型能够自主学习并优化决策。 4. 扩展现实（XR）技术在人机交互中的应用： 阐述了虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）如何作为操作员与数字孪生交互的界面。通过AR叠加实时数据和操作指南，显著提升了远程维护、装配指导和人员培训的效率与安全性。 第三部分：数字孪生在智能制造场景中的深度应用 本部分将理论与技术落地到具体的制造环节，展示数字孪生在实现柔性制造、质量控制和供应链优化中的实战价值。 1. 柔性生产线与工艺优化： 重点分析了如何构建生产线数字孪生体。通过在虚拟环境中对不同产品批次、不同生产工艺路线进行快速模拟和评估，实现生产计划的动态调整和资源的最优配置。这包括对节拍时间分析、瓶颈识别和布局优化的实时反馈机制。 2. 产品全生命周期质量追溯与预测性维护（PdM）： 阐述了如何将产品设计、制造过程参数、测试数据与产品实物数字孪生体关联起来。对于维护环节，本书详细介绍了基于数字孪生模型进行故障根因分析（RCA）和预测性维护策略制定的过程，对比了传统定期维护、状态检修与基于孪生的预测维护的经济效益差异。 3. 供应链与工厂级数字孪生： 探讨了如何将单个设备或产线的孪生体扩展到整个工厂乃至区域供应链的协同层面。这涉及跨企业数据集成和宏观系统级仿真，用以优化物流配送、库存管理和能源消耗，实现整个制造生态的透明化和敏捷响应。 第四部分：挑战、安全与未来趋势 最后，本书客观地分析了数字孪生技术大规模推广过程中面临的现实挑战，包括数据标准化和互操作性的难题、模型构建的高昂成本以及系统集成复杂度。重点讨论了数据安全与隐私保护问题，特别是工业控制系统（ICS）的攻击面扩大带来的安全风险，并提出了基于零信任架构的安全防护策略。 展望未来，本书探讨了数字孪生向“认知孪生”演进的方向，即孪生体不仅能反映物理实体的当前状态，还能具备更强的认知和自主决策能力。同时，结合生成式AI在快速创建和迭代复杂模型方面的潜力，描绘了未来“自适应、自优化”的智能制造蓝图。 本书面向对象包括但不限于高级本科生、研究生，以及在制造业、自动化、软件工程、工业互联网等领域从事研发、系统集成和生产管理的高级工程师和技术决策者。它力求提供一个既有坚实理论深度，又具前瞻实践指导意义的专业参考读物。

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作为一名对成本控制和供应链管理有所关注的读者，我对“制造技术”的理解是它必须服务于经济效益。因此，我期待这本书能在介绍工艺可行性的同时，也能够探讨其背后的经济学逻辑。比如，为什么在某些情况下，看似昂贵但自动化的柔性制造系统（FMS）比传统的专用机床集群更具长期竞争力？材料利用率（得材率）的优化在不同加工方法中是如何体现的？如果书中能穿插一些经典的案例分析，对比不同工艺方案的投入产出比（ROI），或者分析标准化零件与定制化零件的成本边界在哪里，那将极大地拓展这本书的深度。它不应该仅仅停留在“如何制造”的层面，更应该触及“为什么这样制造更合理”的商业决策层面。一本优秀的工程技术书籍，其智慧应该体现在对效率与成本的深刻洞察上。

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说实话，很多基础教材读起来枯燥乏味，充满了年代感。我更偏爱那些能够紧密结合当前产业前沿，富有创新精神的读物。这本书的标题虽然朴实，但如果能适度引入一些新材料、新工艺的章节就更具吸引力了。比如，在特种加工领域，电火花加工（EDM）和激光加工的最新进展如何？它们在航空航天零部件精密制造中的独特优势体现在哪里？我特别想知道关于微纳加工技术的一些入门知识，毕竟未来制造业的竞争焦点在于精细化和集成化。如果书中能够将传统的机械原理与现代的计算机辅助工程（CAE）工具结合起来，展示如何通过仿真手段来预测和优化制造过程中的缺陷，例如残余应力分析、模具流动分析等，那将极大地提升其学术价值和实用性。期待它能成为一座连接经典理论与未来制造模式的桥梁。

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这本书的封面设计给我一种非常专业、严谨的感觉，一看就是经过精心打磨的教科书级别作品。我期待它能在基础理论层面打下坚实的基础，毕竟“基础”二字在技术领域至关重要。我希望它能详细阐述材料的本构关系、力学性能分析以及制造过程中常见的应力集中问题。比如，在切削加工中，刀具与工件的摩擦热如何影响材料的微观结构变化？这本书有没有深入探讨不同加工方式（如铣削、车削、磨削）对最终产品表面完整性和尺寸精度的影响机制？更进一步，我希望看到关于现代制造技术，例如增材制造（3D打印）的基本原理及其在传统制造中的应用前景的比较分析。如果能配有大量清晰的工程图例和典型算例来辅助理解那些复杂的物理过程，那就更完美了。总而言之，这是一本需要我投入大量时间去啃读，但最终能带来扎实理论支撑的工具书，它应该能填补我在这一块知识体系中的结构性空白。

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我对这本书的兴趣点主要集中在工艺规划和过程控制方面。在实际车间环境中，如何根据零件的几何形状、材料特性和要求的公差等级，系统地选择最经济、最高效的加工路线和工序顺序，这才是检验“技术”含量的核心。我希望书中能提供一套成熟的、可操作的工艺设计流程图或决策树模型。例如，对于一个复杂曲面零件，如何平衡粗加工和精加工之间的余量分配？如何量化不同夹具定位误差对最终装配精度的累积影响？此外，关于自动化和智能制造的引入也令人期待。如果书中能涉及一些基于机器视觉的在位测量技术（In-situ Measurement）以及如何利用传感器数据对加工参数进行实时反馈和自适应调整的案例，那就太棒了。我可不希望它只停留在理论公式的堆砌，而是能真正指导一线工程师解决实际生产中遇到的瓶颈问题，让“制造”二字充满智慧和效率。

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这本书的排版和图文质量直接影响了阅读体验。对于涉及几何形状和机械运动的教材来说，清晰、准确的插图是灵魂所在。我希望每一个关键的定义、每一个复杂的机构动作，都有高质量的三视图、剖视图或动态示意图来辅助说明。如果书中能大量使用现代的三维建模软件截屏来展示零件结构和加工路径，那对比那些手绘的、略显粗糙的示意图，理解起来会事半功倍。另外，语言风格上，我倾向于简洁明了、逻辑严密的叙述，避免过多的文学修饰或晦涩难懂的古旧术语。如果能在章节末尾附带一些启发性的思考题或者需要查阅资料才能解答的开放性问题，而不是简单的记忆性复述，那它就不只是一本“学会”的书，更是一本“学会思考”的书。阅读过程本身也应该是一种愉悦的探索。

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