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出版者:浙江大学出版社

作者:胡建德

出品人:

页数:313

译者:

出版时间:2010-1

价格:31.00元

装帧:

isbn号码:9787308055079

丛书系列:

图书标签:

• 机械工程
• 机械制图
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• 机械原理
• 机械制造
• 工程训练
• 实践教学
• 专业基础
• 高等教育
• 理工科

深入解析先进制造技术与智能控制系统 图书名称： 现代工程基础与前沿应用 内容简介： 本书旨在为工程技术人员、高等院校师生以及对前沿制造技术和自动化控制感兴趣的读者，提供一个全面、深入且具有实践指导意义的知识体系。它聚焦于当代工程领域中至关重要的两大支柱——先进制造工艺的革新与复杂系统的智能控制，旨在弥合理论研究与实际工程应用之间的鸿沟。 全书结构严谨，内容覆盖面广，从基础的材料科学和力学性能分析入手，逐步深入到尖端的数字化制造、增材制造（3D打印）技术，以及工业物联网（IIoT）驱动下的智能系统集成。 第一部分：先进材料与精密加工基础 本部分首先回顾了工程材料的微观结构、宏观力学性能以及热力学行为，重点阐述了新型高性能复合材料、智能材料（如形状记忆合金、压电材料）在极端工况下的应用潜力。随后，章节详细剖析了传统切削加工的物理模型、刀具磨损机理与表面完整性控制。 核心内容聚焦于超精密加工技术，包括但不限于电火花加工（EDM）、激光加工和微纳加工的物理机制。我们不仅讨论了这些工艺的参数优化，更深入探究了如何通过主动补偿和误差溯源，实现纳米级别的加工精度。例如，对高速切削过程中的热点效应、残余应力分布进行了详细的有限元分析和实验验证，为实际生产中的良品率提升提供了量化依据。 第二部分：数字化与增材制造的革命 本卷是全书的前沿核心部分，系统介绍了工业4.0背景下的数字化制造范式转型。 数字化建模与仿真： 详细阐述了基于CAD/CAE/CAM一体化的设计与分析流程。重点讲解了多物理场耦合仿真技术，涵盖流体动力学（CFD）、结构力学（FEA）以及热传导在复杂零部件制造过程中的相互作用。书中提供了多个实际案例，展示如何利用高保真仿真模型预测焊接变形、铸造缺陷和疲劳寿命。 增材制造（AM）技术深度解析： 本部分对当前主流的金属和高分子增材制造技术进行了分类详述，包括选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）以及熔融沉积成型（FDM）的高级应用。我们着重探讨了增材制造过程中的“缺陷-性能”关联。例如，针对SLM工艺中常见的孔隙率和未熔合问题，我们提出了基于实时成像反馈的工艺参数自适应调整策略，并量化了不同扫描路径对最终零件的微观组织和力学各向异性的影响。此外，还涵盖了AM后处理技术，如热等静压（HIP）和表面精加工的必要性。 第三部分：工业自动化与智能控制系统 本部分将视角转向控制工程的最新进展，探讨如何将自动化系统提升至“智能”层面。 现代控制理论回顾与扩展： 简要回顾了经典PID控制的局限性，随后深入讲解了鲁棒控制、最优控制（LQR/LQG）以及非线性控制的基本原理，如滑模控制（SMC）和反馈线性化技术。 嵌入式系统与实时控制： 详细分析了工业现场控制器（PLC、PAC）的架构、编程标准（如IEC 61131-3）以及与现场总线技术（如EtherCAT、Profibus）的集成。本书特别强调了基于高性能微处理器（如ARM Cortex系列）和FPGA的高速数据采集与闭环控制设计方法，这对于精密运动平台的同步控制至关重要。 人工智能在制造中的应用（AI for Manufacturing）： 这是本部分的高潮。我们探讨了如何利用机器学习（ML）和深度学习（DL）模型优化生产流程。内容包括： 1. 预测性维护（PdM）： 基于传感器数据（振动、温度、电流）构建的残差寿命预测模型，通过LSTM网络有效识别设备早期故障特征。 2. 过程质量在线监控： 利用卷积神经网络（CNN）对机器视觉采集的加工表面图像进行实时缺陷分类和尺寸测量，实现亚微米级的精度监控。 3. 自适应优化控制： 介绍强化学习（RL）代理在复杂、动态变化环境（如自适应负载调整的机器人抓取）中学习最优控制策略的应用。书中提供的案例研究展示了如何通过RL算法，使生产线能够自我调整以应对原材料批次间的微小差异。 第四部分：系统集成与工业物联网（IIoT） 最后一部分将前述的离散技术整合成一个相互连接的智能制造生态系统。内容涵盖了传感器技术、数据传输协议栈（MQTT、OPC UA）以及边缘计算在降低控制延迟方面的作用。我们详细分析了信息物理系统（CPS）的架构设计，以及如何利用数字化孪生（Digital Twin）技术，在虚拟环境中对物理实体进行实时映射、诊断和预测，从而实现生产效率的最大化和供应链的弹性增强。 总结： 《现代工程基础与前沿应用》不仅仅是一本教科书，更是一份面向未来的技术蓝图。它通过严谨的理论推导、丰富的工程案例和对最新研究方向的精准把握，致力于培养读者将跨学科知识融会贯通，解决复杂工程挑战的能力。读者在掌握传统工程学核心技能的同时，能够迅速切入智能制造和自动化控制的最前沿领域。

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这本书的插图简直是一场视觉盛宴，每一个机械零件的剖面图都绘制得极其精细，连那些微小的螺纹和齿轮的啮合状态都清晰可见，让我这个初学者也能迅速理解复杂的结构。作者在讲解理论知识时，并没有生硬地抛出公式，而是通过大量的实际案例和图示来引导，比如讲解应力集中的那一章，配合着不同载荷下的应力云图，那种理论与实践结合的紧密感，让人读起来一点都不枯燥。我记得有一次为了理解一个复杂的传动机构，我反复看了好几遍书里的三维动态示意图，那种仿佛能亲手触摸到零件运作的感觉，是其他任何教材都无法比拟的。更值得称赞的是，它对材料性能的介绍非常深入，不仅仅是列举硬度、强度等数据，还详细解释了这些性能是如何在实际制造和使用环境中表现出来的，比如不同温度下金属的蠕变行为，讲得透彻极了，对于后续进行材料选择和工艺设计打下了坚实的基础。这本书的排版也十分考究，文字的留白处理得当，使得长时间阅读眼睛也不会感到疲劳，真正做到了知识的有效传递和阅读体验的舒适统一。

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这本书的结构安排非常巧妙，它似乎是为自学者量身定做的，知识的梯度设置非常平滑。它没有一开始就用高深的数学工具吓跑读者，而是从最基础的几何学和运动学原理入手，逐步引入力学分析，最后再导向复杂的控制和优化理论。我尤其喜欢它在每章末尾设置的“反思与拓展”环节，那些问题往往不是直接套用公式就能解决的，而是需要读者结合实际场景进行深入的批判性思考。比如，当学完简单的梁的挠度计算后，它会引导你去思考：在风荷载作用下的桥梁，如何平衡刚度和韧性？这种引导性提问，极大地激发了我的主动学习欲望，让我不再是被动接受知识，而是主动去探索知识的边界。这本书的价值在于，它提供了一个坚实的知识框架，让我在未来学习更前沿的技术，比如增材制造或智能装配时，都能迅速找到对应的基础理论支撑点，体系感极强，不会感到知识点零散而难以整合。

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我得说，这本书的语言风格非常具有个人特色，它不像传统的教科书那样板着脸孔，反而带着一种老派工程师特有的幽默感和对工艺的敬畏。我在阅读关于公差配合和几何尺寸标注的那几章时，体会最为深刻。作者用了一种近乎讲故事的方式，描述了过去因为尺寸标注不清晰而导致的生产事故，语气中透露出对细节的极致苛求。这种代入感极强的叙述，让我对“精确性”有了全新的认识，意识到每一个小数点后面的数值，都关联着最终产品的可靠性与成本。此外，它对制造工艺的描述，更是细节的海洋。比如在讲解精密铸造时，对型砂的湿度控制、浇注速度的微调，甚至是对环境温度的考量，都写得绘声绘色，仿佛我正站在铸造车间，能闻到金属熔化的热气。这种对“工匠精神”的文字传承，远比单纯罗列工艺参数更有力量，它激励着读者去尊重每一个制造环节，而不是仅仅停留在图纸设计层面。

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我是在一个暑假期间，抱着提升自己的目的开始啃这本书的，最初有些畏惧它的篇幅和深度，但很快就被它强大的逻辑链条所吸引。它在处理机械系统的动态特性时，展现了极高的数学素养和物理直觉的完美结合。我发现，作者在处理阻尼问题时，不仅给出了标准的粘滞阻尼模型，还非常详尽地分析了滞后阻尼和结构阻尼的差异，并提供了不同工况下的选择建议，这对于解决实际设备运行时产生的振动问题至关重要。这本书的好处在于，它让你明白，机械设计不是凭感觉，而是基于严谨的物理定律和数学模型，同时，它也提醒我们，模型是现实的简化，因此在应用时必须保持对现实复杂性的警惕。每次合上这本书，我都会有一种“豁然开朗”的感觉，仿佛脑中的一些模糊概念被重新梳理和清晰化了。它真正做到了“授人以渔”，提供了一套分析和解决一切机械问题的通用方法论，其价值无可估量。

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这本书的理论深度和广度，对于我这样在行业内摸爬滚打多年的工程师来说，依然带来了不少启发性的思考。它没有停留在“是什么”的层面，而是深入探讨了“为什么会这样”的本质。尤其在热力学和流体力学的部分，作者似乎有一种魔力，能把那些抽象的能量守恒和物质传递规律，用极其生动且富有逻辑性的方式串联起来。我特别欣赏它对实验验证的重视，书中引用了大量经典实验的原始数据和分析过程，这让我明白，任何看似完美的理论模型，背后都是无数次严谨的观察和测量堆砌而成的。阅读过程中，我时常会停下来，在草稿纸上重新推导那些复杂的偏微分方程，而这本书提供的推导路径总是那么清晰、自然，仿佛作者站在我的身侧，耐心指导每一步的逻辑跳跃。它不仅仅是一本知识的集合，更像是一本思考方法的指南，教会我如何用系统工程的思维去解构和优化一个机械系统，这种思维层面的提升，比单纯掌握某个知识点要宝贵得多。

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