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页数:418

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出版时间:2009-4

价格:44.00元

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isbn号码:9787111262282

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数字化设计与制造前沿技术深度解析 图书名称： 数字化设计与制造前沿技术深度解析 内容梗概： 本书旨在全面、深入地探讨当前工业界最为关注和应用的数字化设计、分析与制造集成技术。全书内容紧密围绕产品生命周期管理（PLM）的核心理念，从概念设计、详细工程、仿真分析到先进制造工艺规划的各个关键环节，提供了详实的技术路线图和实践指导。我们跳脱出单一软件工具的使用层面，着重于底层的设计哲学、数据交换标准以及跨学科的知识融合。 本书结构分为六个主要部分，共计二十章，力求覆盖从理论基础到尖端应用的完整知识体系。 --- 第一部分：现代产品开发理念与基础框架（约300字） 本部分奠定全书的理论基调，深入剖析了“以用户为中心”的产品创新思维，以及支撑现代复杂系统研发的PLM框架。 第一章：从CAD到PLM的演进与集成 详细阐述了计算机辅助设计（CAD）系统如何演变为支撑企业级协作和知识管理的PLM平台。重点分析了数据模型、元数据管理、版本控制和权限管理在加速产品上市周期中的核心作用。本章讨论了主流PLM架构（如基于云和混合部署）的优劣对比，并介绍了面向服务的架构（SOA）在PLM系统中的应用。 第二章：面向对象的三维建模理论与实践 本章回归到数字化建模的数学与几何基础。深入探讨了参数化、特征建模的核心算法，包括边界表示（B-rep）、构造实体几何（CSG）和扫描（Sweep）等技术在复杂曲面和实体构建中的应用。讨论了如何建立稳定、易于修改的“设计意图”驱动的参数模型，而非仅仅是几何形状的堆砌。 第三章：工业标准与数据交换协议 探讨了确保跨平台、跨软件数据互操作性的关键技术。详细解析了STEP（ISO 10303）、IGES等标准的数据结构、实体类型编码和映射规则。本章强调了在供应链环境中，如何通过规范化的数据接口，实现设计、仿真、NC编程之间无损数据流的构建。 --- 第二部分：高级曲面造型与自由形态设计（约300字） 本部分专注于处理传统实体建模难以驾驭的复杂审美曲面和气动外形，这是汽车、航空航天及消费电子产品设计中的核心挑战。 第四章：参数化曲面建模技术 系统介绍NURBS（非均匀有理B样条）的数学定义、控制点、权重和结向量对曲面形状的影响。内容涵盖了T-spline、多重曲率连续性（G0、G1、G2、G3）的精确控制方法，以及如何通过调整边界条件和剖分方式来优化曲面质量。 第五章：自由形态设计工具集与审美优化 讲解如何利用光顺度分析工具（如斑马纹分析、曲率梳）对设计进行客观评估。重点演示了基于“曲面相交”和“投影”的混合建模策略，以及如何使用逆向工程数据（点云）作为基础，快速构建高品质的Class-A曲面。 第六章：拓扑优化与轻量化设计集成 介绍如何将拓扑优化结果无缝集成到后续的几何造型流程中。讨论了从优化得到的力学驱动的体素结果，到可制造的实体模型的转化过程，包括如何保持关键特征的完整性。 --- 第三部分：多物理场仿真与工程验证（约400字） 本部分聚焦于产品在实际工况下的性能预测，是实现“一次成功”设计目标的关键。 第七章：有限元分析（FEA）的理论基础与网格生成 深入讲解线弹性、弹塑性材料模型的选择与应用。详细分析了单元类型（四面体、六面体、楔形体）的选择标准、单元刚度矩阵的建立过程，以及网格质量对计算结果收敛性的影响。着重探讨了应力奇异性处理和接触算法（如罚函数法、增广拉格朗日法）。 第八章：高级结构与动态仿真 涵盖了模态分析、屈曲分析和非线性瞬态响应分析。重点解析了如何设置正确的载荷工况和边界条件，以准确模拟冲击、振动和疲劳过程。本章还介绍了基于先进材料（如复合材料）的层合板分析方法。 第九章：计算流体力学（CFD）在设计中的应用 本章阐述了Navier-Stokes方程的数值求解原理，并侧重于如何在CAD环境中进行预处理（几何清洗、域划分）和后处理。讨论了层流与湍流模型（如RNG $k-epsilon$ 模型）的选择，以及如何利用CFD结果指导几何形状的迭代优化。 第十章：热-结构耦合分析与多物理场集成 探讨如何处理热载荷对结构变形和应力的影响。通过实例展示了瞬态热传导与结构响应的顺序耦合和完全耦合求解策略，适用于电子设备散热和发动机热管理等领域。 --- 第四部分：先进制造工艺与数字化编程（约350字） 本部分从设计延伸至制造环节，关注如何将数字模型转化为可制造的实体产品，强调“面向制造的设计”（DFM）。 第十一章：数控（NC）编程原理与后处理 详细介绍了从三维模型到G代码生成的整个流程。分析了刀具路径生成算法，包括曲面铣削、多轴加工的运动学约束。重点讲解了后处理器的定制化需求，以适配不同控制系统和机床特性。 第十二章：增材制造（3D打印）的模型准备与工艺控制 深入分析了增材制造对模型细节的要求，如最小壁厚、悬空角处理、支撑结构设计。讨论了SLM、SLA等不同工艺的技术限制，以及如何利用仿真预测增材制造过程中的残余应力和变形。 第十三章：模具设计与可制造性分析 聚焦于注塑成型、压铸等工艺。内容包括分型面设计、拔模斜度分析、拔模方向的确定，以及充填与冷却分析的基础应用，旨在指导设计师在早期阶段规避潜在的制造缺陷。 第十四章：机器人与自动化工作站集成 探讨了如何将CAD/CAM数据用于离线编程和仿真，以优化机器人装配、焊接或喷涂的路径规划，提高生产线的柔性与效率。 --- 第五部分：产品数据管理与协作（约200字） 本部分关注如何管理和利用设计数据，实现团队间的无缝协作。 第十五章：工程变更管理（ECM）流程 系统描述了规范的工程变更请求（ECR）、评估、批准和实施流程。强调了数据追溯性和变更影响分析的重要性。 第十六章：配置管理与变型设计 讨论了如何利用参数化工具集构建复杂产品的配置树，实现标准件、选配件的快速组合和管理，以应对高变型需求的市场。 --- 第六部分：新兴技术与未来趋势（约150字） 第十七章：虚拟现实（VR/AR）在设计评审中的应用 介绍如何将高精度CAD模型导入沉浸式环境，进行人机工程学评估和设计意图的直观沟通。 第十八章：人工智能在设计优化中的潜力 探讨机器学习在材料性能预测、故障诊断和参数自动调整中的初步应用，预示着设计流程的智能化方向。 总结 本书通过跨越设计、仿真、制造和管理四大领域的深度整合，为读者提供了一个构建未来数字化工厂所需的技术基石。读者在掌握这些前沿技术后，将能更有效地应对复杂产品的快速迭代与高质量要求。

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