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出版者:机械工业出版社

作者:机械工业技师考评培训教材编审委员会编

出品人:

页数:386

译者:

出版时间:2001-1

价格:23.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111088530

丛书系列:

图书标签:

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现代机械制造技术与实践：面向数字化转型的高级应用指南 图书定价： 188.00 元 ISBN： 978-7-111-68590-2 出版日期： 2023 年 10 月 页数： 680 页 --- 内容提要 《现代机械制造技术与实践：面向数字化转型的高级应用指南》是一本深度聚焦于当代先进制造技术、智能制造系统集成以及工业数字化升级的综合性专业参考书。本书旨在为机械工程、工业自动化、材料科学及相关领域的工程师、技术管理人员和高年级本科生/研究生提供一套全面、前沿且高度实用的知识体系。 本书的核心目标是弥合传统机械制造理论与当前工业 4.0 时代对复合型人才需求的鸿沟。内容涵盖了从微观材料行为到宏观生产系统优化的全链条技术。全书结构严谨，逻辑清晰，理论深度与工程实用性并重，尤其强调了数据驱动决策、人机协作以及可持续制造的关键技术路径。 章节结构与核心内容详解 本书共分为七个主要部分，总计二十二章，确保对现代机械制造领域的关键领域进行深入剖析。 第一部分：先进材料科学与加工基础（第 1-3 章） 本部分重新审视了传统材料加工的边界，并引入了面向高性能应用的新型材料体系。 第 1 章：高性能工程合金的微观结构控制与性能表征 详细探讨了镍基高温合金、先进复合材料（如碳纤维增强聚合物/金属基复合材料）在极端载荷环境下的失效模式。重点分析了显微组织演变对疲劳寿命、蠕变性能的影响，并介绍了先进的无损检测（NDT）技术，如超声波相控阵和相衬 X 射线断层扫描（CT）在质量控制中的应用。 第 2 章：超精密加工的物理机制与误差源分析 本章聚焦于纳米级精度加工，如磁悬浮主轴技术的应用、刀具磨损的实时补偿算法，以及热漂移对机床精度的影响模型。介绍了离子束抛光、飞秒激光刻蚀等非常规超精密加工方法。 第 3 章：增材制造（AM）中的材料科学挑战与后处理工艺 深入解析了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中的凝固行为、残余应力分布与孔隙率控制。对比分析了针对不同 AM 零件的热等静压（HIP）和热处理工艺，以优化其力学性能和表面完整性。 第二部分：数字化建模与仿真技术（第 4-6 章） 本部分着重于如何利用计算方法预测和优化制造过程，实现“虚拟制造”。 第 4 章：多物理场耦合仿真在制造过程中的应用 介绍如何利用有限元分析（FEA）软件对切削过程中的热-力-结构耦合问题进行建模。探讨了磨削、旋压等成形过程中的材料本构模型选择，以及如何通过仿真优化冷却液分布和切削参数。 第 5 章：数字孪生（Digital Twin）的构建与运行机制 系统阐述了数字孪生的架构设计，包括数据采集层、模型层和应用层。重点解析了如何将实时的物联网（IoT）数据反馈到高保真仿真模型中，实现对生产设备的预测性维护和工艺参数的动态调整。 第 6 章：基于模型的系统工程（MBSE）在复杂装备设计中的应用 探讨了如何使用 SysML 等工具对复杂机械系统（如航空发动机部件或大型模具）进行需求分解、功能分配和接口定义，以提高设计阶段的协同效率和可追溯性。 第三部分：智能制造与自动化系统集成（第 7-10 章） 本部分是全书的重点，详述了实现柔性、高效生产线的关键技术。 第 7 章：工业物联网（IIoT）架构与边缘计算在车间中的部署 讲解了 OPC UA、MQTT 等工业通信协议，以及数据清洗、聚合在边缘设备上的实现。探讨了如何利用边缘智能对机床状态进行初步诊断，减少云端数据传输的压力。 第 8 章：先进机器人技术与人机协作（Cobots） 深入研究了六轴以上高精度工业机器人的运动学与动力学控制，重点分析了力/扭矩传感器在柔顺控制中的应用。详细介绍了基于视觉识别的非结构化环境下的装配与搬运任务规划算法。 第 9 章：柔性制造系统（FMS）的调度优化与资源分配 介绍了遗传算法、粒子群优化等启发式算法在复杂作业车间调度问题（Job Shop Scheduling Problem, JSSP）中的应用。讨论了如何通过动态重调度策略应对突发事件（如设备故障或插单）。 第 10 章：机器视觉在质量检测与引导中的深度应用 涵盖了 2D/3D 机器视觉系统的硬件选型（如线阵/面阵相机、激光三角测量仪）。重点介绍了基于深度学习的缺陷识别模型（如 Mask R-CNN）在复杂表面缺陷（划痕、裂纹、气孔）的自动化检测中的性能优化。 第四部分：面向全生命周期的质量管理（第 11-13 章） 本部分关注如何将质量控制从传统的终检转变为贯穿设计、生产、使用全过程的管理理念。 第 11 章：统计过程控制（SPC）的现代扩展与过程能力指数分析 复习了 Shewhart 控制图的基本原理，并重点介绍了 CUSUM 和 EWMA 图在检测微小工艺漂移方面的优势。讨论了多变量 SPC 技术在复杂装配过程中的应用。 第 12 章：可追溯性技术与区块链在供应链中的应用 探讨了如何利用 RFID 和二维码技术实现零部件从原材料到最终产品的全程信息记录。分析了区块链技术如何为高价值、高安全要求的部件提供去中心化、不可篡改的质量记录方案。 第 13 章：预测性维护（PdM）的模型构建与实施 基于传感器数据，介绍了基于剩余使用寿命（RUL）的健康评估模型，包括基于状态的阈值预警和基于机器学习的故障模式识别（如振动信号的傅里叶变换与小波分析）。 第五部分：先进成形工艺的优化与控制（第 14-16 章） 本部分深入探讨了材料在非切削加工过程中的行为。 第 14 章：冷/热锻造过程中的材料流变学与模具设计 分析了材料在极端压力下的塑性流动规律，以及如何通过模具设计（如渐变模具、复合材料模具）来控制最终零件的晶粒度和残余应力。 第 15 章：高精度钣金冲压与成形过程的应力分析 关注于复杂曲面零件（如汽车车身覆盖件）的冲压回弹（Springback）现象的精确预测与补偿。介绍了激光辅助成形技术的原理与局限性。 第 16 章：高能束流加工（激光/等离子体）的能量耦合与热影响区控制 详细讨论了激光熔覆、激光焊接过程中能量输入、熔池动力学与冷却速率之间的复杂关系，以及如何通过优化光束模式和扫描策略来控制热影响区（HAZ）的微观变化。 第六部分：绿色制造与可持续发展（第 17-18 章） 本部分关注如何平衡生产效率与环境责任。 第 17 章：面向回收与再利用的制造设计（DfR） 介绍了如何设计易于拆卸、材料易于分离的复杂产品结构。探讨了贵金属和稀有金属从废旧设备中回收的湿法冶金和物理分离技术。 第 18 章：节能型制造工艺与能源效率管理 分析了机床能耗结构，重点研究了主轴、冷却系统、液压系统的能耗优化方案。介绍了利用热能回收技术提高整体能源利用率的方法。 第七部分：数据分析与决策支持（第 19-22 章） 本部分聚焦于如何从海量制造数据中提取可操作的洞察力。 第 19 章：工业大数据预处理与特征工程 讲解了如何处理时间序列、非结构化日志数据，进行缺失值插补、异常值检测。强调了特征选择技术（如主成分分析 PCA）在降低模型复杂性中的作用。 第 20 章：机器学习在工艺优化中的实践 系统介绍回归分析、支持向量机（SVM）在预测工艺参数最优组合上的应用。重点案例分析了如何使用强化学习（RL）训练控制器，使其在不确定的环境下自主学习最优操作策略。 第 21 章：车间执行系统（MES）与企业资源规划（ERP）的深度集成 阐述了 MES 在连接车间层与管理层中的核心作用，包括生产调度、物料跟踪、质量追溯的具体功能模块设计。探讨了数据标准化在集成过程中的关键挑战。 第 22 章：面向未来的智能工厂：网络安全与信息集成标准 讨论了 OT/IT 融合带来的网络安全风险（如勒索软件对生产线的攻击）。介绍了 ISA/IEC 62443 等工业网络安全标准，以及实现跨平台数据互操作性的关键技术。 本书的特色与读者对象 本书的显著特点包括： 1. 前沿性与深度结合： 既包含扎实的机械原理基础，又深度覆盖了 AI 驱动的优化、数字孪生等最新的工业 4.0 概念。 2. 跨学科融合： 整合了材料学、控制理论、计算机科学和运筹学等多学科知识，以应对现代制造的复杂性。 3. 案例驱动： 每章后附有“工程实践与案例分析”，展示了真实工业界的应用场景和解决方案。 4. 工具导向明确： 明确提及了如 Ansys, MATLAB/Simulink, Python (Scikit-learn, TensorFlow) 在不同技术模块中的具体应用方法。 目标读者： 高级工程师与技术经理： 寻求升级现有制造流程，引入数字化转型方案的技术决策者。 研究生与科研人员： 致力于机械制造、先进材料和工业自动化领域的学术研究者。 资深技术人员： 希望系统性掌握现代制造前沿技术的在职工程师。 通过研读本书，读者将能够系统性地构建起面向“工业 4.0”的知识框架，掌握将先进理论转化为实际生产力的高级工程技能。

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