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页数:182

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出版时间:2009-8

价格:20.00元

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isbn号码:9787030251336

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• 自动控制
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• 反馈控制
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• 现代控制
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• 过程控制

机械设计与制造工程：新材料、新工艺与智能化制造前沿探索 书籍信息： 书名： 机械设计与制造工程：新材料、新工艺与智能化制造前沿探索 作者： 王建国, 李明, 张伟 (虚构) 出版社： 工业科技出版社 出版时间： 2023年10月 ISBN： 978-7-5125-9876-X --- 卷首语：面向工业4.0的机械工程范式革新 进入21世纪的第三个十年，全球制造业正经历一场深刻的变革。以数字化、网络化、智能化为核心特征的工业4.0浪潮，对传统机械设计与制造的理念、方法和工具提出了前所未有的挑战与机遇。传统机械工程的基石——材料强度、结构优化、加工精度——依然重要，但其内涵已被拓宽。本著作《机械设计与制造工程：新材料、新工艺与智能化制造前沿探索》正是基于这一时代背景，旨在系统梳理和深入剖析当前机械工程领域最活跃、最具颠覆性的前沿技术。 本书聚焦于三大核心板块的深度融合与创新：先进功能材料在结构设计中的应用、颠覆传统制造模式的先进加工工艺，以及支撑未来工厂的数字化与智能化集成技术。我们力求摆脱孤立的技术堆砌，强调跨学科知识的交叉渗透，为从事高端装备研发、精密仪器制造以及智能生产线构建的工程师和研究人员提供一份前瞻性的参考指南。 --- 第一部分：先进材料驱动下的结构设计革命 (约400字) 本部分深入探讨了传统金属材料的局限性，重点介绍了一系列新兴材料如何重塑机械产品的性能边界。 第一章：高熵合金与多尺度复合材料的力学行为 1.1 高熵合金（HEAs）的结构-性能关联： 详细分析了五元及以上组元随机分布在高熵合金中的晶体学特性、固溶强化机制及其在极端温度（超低温到超高温）下的蠕变和疲劳性能。书中通过案例研究了HEAs在航空发动机涡轮叶片和深海潜水器耐压壳体设计中的潜力与挑战，特别是其低模量下的高韧性表现。 1.2 梯度功能材料（FGM）的界面设计： 阐述了如何利用粉末冶金和增材制造技术精确控制材料组分在厚度方向上的连续变化，以应对热应力集中问题。特别关注了陶瓷-金属界面过渡区的应力分散模型，以及在核能反应堆部件和高热流密度换热器中的实际应用。 第二章：智能材料与自适应结构 2.1 形状记忆合金（SMA）与压电材料的应用： 超越传统执行器的概念，本章探讨了如何将SMA和PZT（锆钛酸铅）等智能材料集成到机械结构中，实现被动-主动耦合的减振降噪系统。详细介绍了基于微流控和电活性聚合物（EAP）驱动的仿生软体抓手设计原理，强调了其在柔性装配和人机协作中的安全性优势。 2.2 碳纤维增强复合材料（CFRP）的损伤容限设计： 重点分析了层合板的界面脱粘、纤维断裂等失效模式，并引入了概率密度函数方法评估其长期服役可靠性。探讨了自修复涂层技术如何与CFRP基体结合，延长关键承载结构的使用寿命。 --- 第二部分：颠覆传统：先进制造工艺的精度与效率飞跃 (约600字) 本部分全面梳理了近年来从微观到宏观尺度上对传统切削、成形工艺进行革新的关键技术，强调工艺链的优化整合。 第三章：增材制造（AM）的全流程质量控制 3.1 选择性激光熔化（SLM）的冶金缺陷控制： 深入剖析了SLM过程中粉末床的预热策略、激光扫描路径对残余应力和孔隙率的影响。提出了基于高频红外热成像的实时闭环温度反馈系统，用以抑制未熔合缺陷和球化现象。 3.2 电子束熔丝制造（EBM）的大尺寸结构件应用： 探讨了EBM技术在制造大型钛合金和镍基高温合金零部件时的优势，特别是其高真空环境对活性材料的保护作用。着重分析了后处理过程中热等静压（HIP）对消除内部缺陷、提高疲劳寿命的必要性与优化参数。 第四章：超精密与非传统加工技术集成 4.1 微纳结构的光刻与刻蚀技术： 详细介绍了基于聚焦离子束（FIB）的亚微米级材料去除技术，以及在MEMS（微机电系统）器件制造中对高深宽比结构（如陀螺仪和加速度计）的工艺窗口控制。 4.2 电化学加工（ECM）与超声波辅助加工： 分析了ECM在处理难加工材料（如镍基高温合金）时，如何通过控制电流密度和电解液流场，实现高光洁度、无应力损伤的表面加工。同时，结合超声振动对刀具-工件接触状态的改变，提升了深孔加工的稳定性和表面完整性。 第五章：面向批次小批量生产的柔性模具技术 探讨了快速原型制造技术在模具制造中的渗透，如快速工装（Tooling）和快速铸造工艺。重点介绍了热流体模拟在优化注塑模具冷却流道设计中的应用，以缩短循环周期并保证复杂壁厚件的尺寸精度。 --- 第三部分：迈向工业5.0：数字化与智能化制造集成 (约500字) 本部分聚焦于信息技术与物理系统的深度融合，构建数据驱动的智能制造环境，实现制造系统的自我优化与决策能力。 第六章：制造过程的数字孪生与仿真验证 6.1 跨尺度数字孪生模型的构建： 本章阐述了如何结合CAD/CAE/CAM数据，构建从材料微观组织演化到整条生产线运行状态的四维（3D+时间）数字孪生体。重点在于如何实现物理实体与虚拟模型之间的高频、双向数据流耦合。 6.2 基于操作系统的仿真平台： 介绍了用于验证复杂机器人工作站和柔性装配单元的离线编程与碰撞检测方法。通过虚拟调试，量化评估生产节拍、物流瓶颈及能耗指标，为工厂布局优化提供科学依据。 第七章：面向生产线的机器学习与过程优化 7.1 质量预测与异常检测： 探讨了利用卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）分析传感器数据流（如振动、声发射、热成像）的方法。目的是在产品出现缺陷的早期阶段（甚至加工开始前）发出预警，实现零缺陷制造的闭环控制。 7.2 生产排程的强化学习求解： 区别于传统的启发式算法，本章介绍了如何利用深度强化学习（DRL）智能体，在动态变化的订单和设备故障环境下，快速、实时地生成最优化的作业调度策略，最大化设备综合效率（OEE）。 第八章：人机协作与安全增强设计 深入探讨了UR（协作机器人）在传统工位中的集成挑战。重点在于力反馈控制系统的设计，确保机器人在与人共享工作空间时满足ISO 10218-1/2标准。并讨论了基于增强现实（AR）技术的工作指导系统，如何提升操作人员对复杂装配任务的理解和执行效率。 --- 结语：面向复杂系统的集成思维 《机械设计与制造工程：新材料、新工艺与智能化制造前沿探索》的最终目标是培养读者一种系统化的、集成化的工程思维。未来的机械工程师不再是单一领域的专家，而是能够驾驭材料科学、先进加工技术和信息技术三者交汇点的复合型人才。本书提供的知识框架和案例分析，正是为应对下一代高端制造业中的“硬骨头”挑战而精心准备的工具箱。

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当我真正开始动手跟着书本做例题的时候，我才深刻体会到，编写者在“教学”而非“展示”上花费的心血。这本书的例题设计得非常有层次感，从最基础的传递函数建立，到中级的校正网络设计，再到最后几章涉及的复杂多输入多输出系统的解耦问题，难度是步步递增的，但每一步都有详尽的计算过程和清晰的逻辑推导。我特别欣赏作者在展示解法时所采用的“对话式”叙述方式，它不像有些教材那样只是冷冰冰地给出最终公式，而是仿佛有一个经验丰富的工程师在旁边，一边解题一边解释：“我们选择这个PID参数，是因为我们期望达到快速响应且没有超调，所以需要关注……” 这种将数学工具与工程目标紧密结合的讲解方式，极大地提升了我的学习兴趣。如果只是纯粹的数学推导，我可能早就放弃了，但这本书让我始终能感受到我正在解决一个真实的工程控制问题，而不是在做一套复杂的数学练习题。那种通过计算得到一个稳定、高效控制器的满足感，是这本书带给我的最直接的收获。

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这本书的排版和细节处理，简直可以说是教科书级别的典范。纸张的质感非常好，阅读起来眼睛不容易疲劳，即便是长时间面对那些复杂的波特图或者根轨迹图，视觉上的压力也小了很多。更值得称赞的是图表的清晰度，每一个坐标轴的刻度、每一个曲线的走向，都标注得极其精确，这对于精确理解动态系统的响应至关重要。我记得有一次，我在研究一个二阶系统的阻尼比对超调量的影响时，书上配的那张根轨迹图简直是神来之笔，我只需要沿着图上的轨迹移动我的视线，就能直观地感受到参数变化带来的系统性能的剧烈波动。很多同类书籍为了节省篇幅，往往会把图表做得比较小或者不够精细，但这本书在这方面丝毫没有妥协，足见作者和出版社对专业知识传播的严谨态度。此外，书中穿插的那些“小贴士”或者“注意”栏目，虽然篇幅不大，但往往能点出在实际操作中容易忽略的关键点，比如在离散化过程中需要注意的采样时间的选取原则，这些都是经验之谈，是纯粹的理论推导中难以体会的“陷阱”。

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这本书的理论深度显然不是面向入门爱好者的，它的目标读者群定位非常精准——那些需要深入理解控制系统底层逻辑的工程技术人员或者研究生。它毫不避讳地深入探讨了鲁棒控制和最优控制等前沿课题，这对于拓宽我的知识边界非常有帮助。例如，在讨论LQR（线性二次型调节器）设计时，它不仅给出了Hamilton-Jacobi-Bellman方程的推导，还详细阐述了如何通过代数黎卡提方程来求解最优反馈律，并且还补充了当系统存在不确定性时如何利用H∞控制的思想来处理。这种将经典理论与现代优化方法融会贯通的处理方式，显示了作者深厚的学术功底。虽然我对其中一些高级概念的理解还停留在表面，但这本书为我提供了一个清晰的“地图”，让我知道未来在哪个方向上继续深挖才能真正掌握高级的系统设计能力。它更像是一部工具书，而不是一本快餐读物，需要反复研读才能体会其精髓。

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这本书的封面设计得相当引人注目，那种深邃的蓝色调配上简洁有力的白色字体，立刻就给人一种专业而可靠的感觉。我本来对这个领域知之甚少，只是抱着姑且一试的心态把它带回了家。翻开第一页，我有点被那些密密麻麻的公式和图表给震慑住了，心想：“这下可麻烦了。” 确实，初看之下，内容显得非常硬核，仿佛直接从大学的课堂搬了过来，那些关于系统辨识、状态空间法之类的词汇，对我这个门外汉来说，简直就是天书。不过，作者在绪论部分花了大量篇幅解释了这些理论产生的背景和它们在现代工业中的重要性，这一点处理得非常到位。它没有急于抛出复杂的数学工具，而是先搭建了一个宏观的认知框架，让我明白了“为什么要学这个”，而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。那种循序渐进的引导，虽然最终还是指向了高深的理论，但至少让我在心理上做好了准备，知道这将是一段需要付出努力的旅程。我尤其欣赏其中关于经典控制理论和现代控制理论对比的部分，那种历史的脉络感，让原本抽象的概念变得生动起来，不再是孤立的知识点，而是工程实践不断迭代的产物。

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这本书的参考文献和附录部分的处理也值得一提，它体现了作者严谨的学术态度和对知识体系的完整性追求。附录部分收录了大量的拉普拉斯变换和Z变换的关键对，这些都是在进行系统分析时高频使用的工具，将其集中在一起，省去了我频繁翻阅其他数学手册的麻烦，极大地提高了查阅效率。更重要的是，作者列出的近百条参考文献，涵盖了从早期的经典文献到近十年的重要期刊论文，这不仅是对前人研究成果的尊重，也为读者提供了一条自我提升的知识路径。通过查看这些引用源，我能感受到这本书的理论体系是建立在坚实的学术基础之上的，它不是空中楼阁，而是站在巨人的肩膀上。总而言之，如果你期望找到一本能让你快速“学会用”某个控制器的速成手册，这本书可能不太合适；但如果你希望建立起一个坚不可摧的、可以应对未来各种复杂挑战的控制系统理论基石，那么这本书无疑是极其宝贵的一笔投资。

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