具体描述
本书在完成国家自然科学基金重点项目“复杂机电系统耦合与解耦设计理论与方法”基础上，从耦合与集成的角度系统论述了复杂机电系统的有关设计理论和方法。本书共有9章，阐述了复杂机电系统设计相关概念、发展趋势、特点和基本内容，介绍了复杂机电系统耦合分析与设计、全局耦合分析与设计原理、复杂机电系统的信息检测与处理技术、复杂机电系统动力学建模与辨识、控制与调速系统设计原理与方法、机械部件的选择与设计方法以及复杂机电系统的耦合并行设计方法与耦合设计问题的并行优化方法，并在最后一章给出了两个复杂机电系统分析与设计的实例。
本书适合高等工科院校机械类专业本科与研究生阅读，也可供各类工程技术人员参考。
《现代制造工程中的关键技术与前沿应用》 在瞬息万变的工业4.0时代，先进制造技术正以前所未有的速度驱动着全球产业格局的重塑。从航空航天到汽车工业，从生物医疗器械到新能源装备，复杂系统的集成化、智能化与高效化设计已成为衡量一个国家制造业核心竞争力的重要标志。本书旨在系统性地梳理和深入剖析现代制造工程领域的核心技术脉络，并着眼于那些最具潜力和影响力的前沿应用，为广大工程技术人员、科研工作者以及相关专业的学生提供一本兼具理论深度和实践指导意义的参考著作。 本书的写作初衷，是希望能够为读者构建一个清晰的、现代制造工程全景式的认知框架。我们认识到，单一的技术模块已不足以应对当今制造领域日益严峻的挑战。相反，跨领域技术的融合、多学科知识的协同，以及系统整体的优化设计，才是破解难题的关键。因此，本书的架构设计，从宏观的理论基础出发，逐步深入到具体的关键技术，最终聚焦于具有代表性的前沿应用场景。 第一部分：现代制造工程的理论基石 在深入探讨具体技术之前，理解现代制造工程所依赖的理论基础至关重要。本部分将首先回顾并提炼出支撑现代制造业发展的几大核心理论支柱。 系统工程方法论 revisited： 尽管系统工程已是一个成熟的学科，但在现代复杂制造系统中，其应用范式正经历着深刻的变革。本书将重点探讨如何将更先进的建模、仿真、优化与决策支持工具融入传统的系统工程框架，以应对动态变化、不确定性以及多约束条件下的设计与管理难题。这包括但不限于模型驱动工程（Model-Driven Engineering, MDE）、面向服务的架构（Service-Oriented Architecture, SOA）在制造系统中的应用，以及如何构建层次化的系统模型来捕捉不同层级的复杂性。 信息物理系统（Cyber-Physical Systems, CPS）的本质与架构： CPS是实现智能制造的物理基础，它将计算、通信与控制深度融合于物理过程。本书将深入剖析CPS的设计原则、关键组件（如传感器、执行器、网络、嵌入式系统）以及它们之间如何协同工作。我们将探讨CPS在制造流程中的具体体现，例如智能工厂中的自动化生产线、预测性维护系统、以及用于实时监控和优化的数字化孪生（Digital Twin）技术。 数据驱动的制造科学： 大数据时代的到来，为制造领域带来了前所未有的机遇。本书将阐述如何从海量的制造过程中提取有价值的信息，并将其转化为可操作的洞察。这涉及到数据采集、预处理、存储、分析以及知识发现的技术。我们将重点介绍机器学习、深度学习在质量控制、生产优化、工艺参数调整、故障诊断等方面的最新进展，以及如何构建数据驱动的决策模型。 先进设计方法学： 传统的CAD/CAM/CAE在现代设计中的作用已被极大地扩展。本书将介绍诸如拓扑优化、生成式设计、参数化设计、以及面向性能的设计（Performance-Driven Design）等先进设计技术。这些方法能够显著提高设计效率，优化产品性能，并探索更具创新性的设计方案。 第二部分：现代制造工程的关键技术 在扎实的理论基础之上，本书将聚焦于支撑现代制造业发展的关键技术，并对其进行深入的分析和探讨。 先进制造装备与工艺： 增材制造（3D打印）的深度解析： 不仅是简单的“打印”，本书将探讨不同增材制造技术（如SLS, SLA, FDM, DMLS）的原理、材料特性、工艺参数优化、后处理技术，以及其在原型制造、小批量定制生产、复杂结构件制造等方面的独特优势和挑战。我们将关注其在航空航天、医疗植入物、高性能零部件等领域的实际应用案例。 机器人技术与自动化集成： 从工业机器人到协作机器人，再到移动机器人，本书将探讨机器人在现代制造中的应用场景、编程与控制技术、人机协作的安全与效率提升，以及机器人与其他自动化设备的集成方案。我们将讨论如何利用机器人实现柔性生产线和智能仓储。 精密加工与超精密加工技术： 介绍微纳加工、激光加工、电子束加工、超声波加工等先进的精密加工手段，以及它们在电子元器件、半导体、生物医疗器械等高精度制造领域的作用。 智能检测与测量技术： 涵盖光学检测、三维扫描、非破坏性检测（NDT）、机器视觉等技术，以及它们在产品质量保证、过程监控和数据采集中的核心地位。 材料科学与工程的创新应用： 高性能工程材料： 介绍先进金属合金（如钛合金、镍基高温合金）、高性能聚合物、陶瓷材料、复合材料（如碳纤维增强聚合物）的特性、制备方法以及在航空航天、汽车、能源等领域的应用。 智能材料与功能材料： 探讨形状记忆合金、压电材料、磁性材料、导电聚合物等智能材料在传感器、执行器、自修复结构等方面的潜力。 数字化与智能化技术： 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 阐述IIoT如何连接物理设备与数字世界，实现数据的实时采集与交换。探讨边缘计算在本地数据处理、实时响应和降低网络负载方面的优势。 制造执行系统（MES）与企业资源计划（ERP）的协同： 分析MES在车间层面的生产调度、过程控制、质量跟踪和物料管理中的作用，以及如何与ERP系统有效集成，实现企业级的信息流与业务流的统一。 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）在制造中的应用： 介绍VR/AR技术在产品设计评审、操作培训、远程维护、装配指导等方面的革新性应用。 人工智能（AI）在质量管理与预测性维护中的应用： 深入探讨AI算法如何识别产品缺陷、预测设备故障、优化维护计划，从而降低生产成本，提高设备可用性。 可持续制造与绿色工艺： 循环经济与资源效率： 介绍如何通过产品设计、工艺优化和废弃物管理，实现资源的循环利用和能耗的降低。 环境友好型材料与工艺： 探讨使用低毒、可降解材料，以及开发低污染、低排放的制造工艺。 第三部分：现代制造工程的前沿应用场景 理论与技术的结合，最终体现在具体的应用场景中。本部分将选取几个具有代表性的前沿应用领域，深入剖析其面临的挑战、关键技术解决方案以及未来发展趋势。 航空航天制造的挑战与创新： 轻量化与高强度结构设计： 介绍如何利用先进材料、拓扑优化、增材制造等技术，设计出满足极端载荷和环境要求的轻量化航空器结构。 复杂部件的精密制造与装配： 聚焦于发动机叶片、起落架、复合材料机翼等关键部件的加工、检测与装配技术。 智能监测与维护： 探讨如何利用传感器网络和数据分析，实现对航空器在役状态的实时监测和预测性维护。 智能汽车与新能源汽车制造： 电动汽车动力总成的高效制造： 介绍电池、电机、电控等核心部件的生产工艺与质量控制。 自动驾驶系统的集成与验证： 探讨感知、决策、控制等关键模块的硬件制造与软件集成。 轻量化车身与底盘技术： 分析如何应用先进材料与连接技术，提升车辆的燃油经济性或续航里程。 柔性化生产线设计： 应对新能源汽车快速迭代和个性化需求的挑战。 生物医疗器械的精密制造与个性化定制： 植入物与医疗器械的增材制造： 探讨如何利用生物相容性材料和精准控制，制造个性化的假肢、骨骼修复材料、微创手术器械等。 微纳制造技术在生物传感器和诊断设备中的应用： 介绍如何制造高灵敏度、高精度、小型化的生物芯片和诊断设备。 严格的质量控制与法规遵循： 强调生物医疗器械制造对洁净度、精度和可追溯性的极高要求。 高端装备制造的智能化升级： 智能机床与柔性制造单元： 探讨如何通过集成先进传感器、AI算法和自动化技术，提升机床的智能化水平和生产柔性。 数字化工厂的构建与运维： 分析如何通过MES、IIoT、数字孪生等技术，实现工厂的端到端数字化管理和优化。 服务化制造与远程运维： 探讨从产品销售转向提供增值服务的商业模式，以及如何通过远程监控和诊断，为客户提供高效的服务。 本书力求在理论的严谨性与内容的实用性之间取得平衡。我们希望通过对这些关键技术和前沿应用的深入探讨，能够激发读者在解决复杂制造工程问题时产生新的思路和方法。本书适合于从事机械、材料、自动化、电子、计算机等相关领域的工程师、研究人员、项目管理者，以及对现代制造技术感兴趣的高校师生。我们相信，掌握并应用这些先进的理论与方法，将为推动中国乃至全球制造业的创新发展贡献力量。
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