具体描述
《仪器科学与技术概论》介绍了仪器科学与技术的学科内涵和知识体系，内容包括仪器科学与技术的概念体系、计量学基础、测量技术与仪器的基本知识、计算机辅助测量系统、传感技术与测量仪器的前沿领域、中国古代度量衡及观测仪器的发展概况，较为全面地反映了测量科学与应用的基本概念、仪器仪表专业的发展进程、现代传感技术及测量仪器的发展现状和趋势。《仪器科学与技术概论》适合作为高等院校仪器仪表类专业的本科生教材，可供机械工程、电气工程、自动化技术以及物理、化学和生物医学等学科专业的本科生、研究生和科技人员进修参考。
《先进制造系统与过程控制：理论与应用前沿》 图书简介 一、全景式描绘现代制造的复杂性与核心挑战 本书旨在为工程技术人员、科研人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且与时俱进的视角，审视当代先进制造系统（Advanced Manufacturing Systems, AMS）的架构、运行机制、优化策略及前沿控制技术。我们深刻认识到，在“工业4.0”和智能制造浪潮的推动下，传统制造范式已无法满足高精度、高柔性、低能耗和高度定制化的市场需求。因此，本书聚焦于如何整合物理制造实体、信息流、能源流与决策流，构建一个高度耦合、自适应、自优化的复杂生产环境。 全书的理论基础建立在系统工程、信息物理系统（Cyber-Physical Systems, CPS）理论以及现代控制理论的交叉领域之上。不同于侧重于特定单一设备或特定材料加工的著作，本书采取宏观与微观相结合的结构，首先从系统层面对现代制造的复杂性进行解构，探讨如何通过多层级信息集成与协同规划来实现整体效益的最大化。 二、核心内容模块深度解析 模块一：先进制造系统架构与建模 本模块详尽阐述了现代制造系统的拓扑结构与功能分解。内容涵盖柔性制造系统（FMS）、集成制造系统（IMS）到当前占据主导地位的智能制造系统（Smart Manufacturing Systems, SMS）的演变历程与本质区别。我们重点讨论了基于事件驱动的建模方法（如Petri网的扩展应用）、面向对象的建模范式以及基于混合整数线性规划（MILP）的资源分配模型。特别地，详细介绍了“数字孪生”（Digital Twin, DT）在系统级性能预测、虚拟调试和闭环优化中的关键作用，包括DT模型构建的精度要求、数据同步机制以及与实时控制的交互逻辑。此外，还深入探讨了大规模分布式生产网络中的一致性协议和容错机制。 模块二：过程优化与调度理论 制造过程的优化是提升生产效率和降低成本的核心。本书系统性地梳理了离散事件系统（DES）的调度理论，包括静态调度（如Johnson法则、Palmer算法的泛化应用）和动态实时调度（如最小承诺时间调度、优先级抢占机制）。在面对高不确定性环境时，本书强调了随机优化和鲁棒优化方法的应用。我们详细介绍了启发式算法（如遗传算法、模拟退火）在复杂约束下的参数寻优，并引入了基于深度强化学习（DRL）的自适应调度策略。DRL部分不仅阐述了如何构建合适的奖励函数和状态空间，更结合实际制造场景，展示了其在应对突发设备故障和订单变更时的优越性能。 模块三：面向复杂过程的先进控制技术 这是本书的技术核心之一。控制系统的设计不再局限于传统的PID控制或线性二次调节（LQR）。本章深入探讨了针对高维、强耦合、非线性制造过程的现代控制策略： 1. 模型预测控制（MPC）： 详细分析了滚动时域优化原理，并针对制造过程中常见的约束（如加热速率限制、刀具寿命限制）设计了非线性MPC（NMPC）的求解流程，包括约束处理和实时性保证。 2. 自适应与鲁棒控制： 针对制造参数（如材料刚度、机床磨损）的时变性，阐述了基于参数估计的自适应控制律设计。同时，对H-无穷（$mathcal{H}_{infty}$）控制在应对外部干扰和模型不确定性时的鲁棒性设计进行了详尽推导。 3. 智能传感与反馈集成： 讨论了如何将高频、多模态的传感数据（如声发射、热像、振动信号）有效地融入到反馈回路中，实现基于状态的闭环控制。这包括先进的状态观测器设计，如扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在估计不可测关键变量中的应用。 模块四：制造过程中的数据驱动与决策支持 本书强调信息流对控制和优化的支撑作用。深入探讨了大数据在制造领域的应用框架，特别是机器学习在质量预测、故障诊断和工艺参数推荐中的实践。内容覆盖了时间序列分析在预测性维护（PdM）中的应用，以及如何利用深度学习模型（如CNN、LSTM）从原始过程数据中提取高层特征，作为上层调度和控制系统的输入。同时，也讨论了数据安全、隐私保护在跨部门数据共享中的重要性。 三、面向未来挑战的展望 本书最后一部分展望了前沿研究方向，包括： 自主化与自学习制造单元： 探讨如何实现机器人在无需人工干预下，通过试错快速掌握新工艺的能力。 异构系统集成与互操作性： 解决不同代际、不同厂商设备之间的数据语义鸿沟问题。 绿色制造与能源优化控制： 如何在保证生产进度的前提下，最小化制造过程中的碳足迹和能源消耗。 四、本书的特点 1. 理论深度与工程实践紧密结合： 每一理论章节后均附有详细的仿真案例分析（使用MATLAB/Simulink或Python环境下的相关库），确保读者能够将抽象的数学模型转化为可执行的工程方案。 2. 跨学科视野： 内容融合了控制工程、运筹学、计算机科学和材料科学的最新成果，为理解复杂制造系统提供了必要的知识广度。 3. 关注前沿技术落地： 大篇幅介绍数字孪生、强化学习在实际工业场景中的部署案例与挑战，避免了纯粹的理论堆砌。 通过系统学习本书内容，读者将能够全面掌握现代先进制造系统的设计理念、优化方法以及控制策略的构建能力，为推动我国制造业向高端化、智能化转型提供坚实的理论基础和实践指导。
作者简介
国防科技大学教授，博士生导师。毕业于国防科技大学精密仪器及机械专业，获博士学位。1999年1月至2000年3月作为国家公派访问学者，在美国Oakland大学电气与系统工程系进修，并从事多传感器数据融合技术和汽车安全防撞系统研究。曾主持和参加国家重大建设专项、国家自然科学基金项目、部委级科技基金项目和其他科研项目的研究工作，获国家科技进步二等奖、部委级科技进步一、二、三等奖8项，国家发明专利3项，军队育才银奖1次。出版研究生教材1部，在国内外核心期刊和学术会议发表论文40余篇。
目录信息
第一章 仪器科学与技术的概念体系 1.1 学科内涵 1.1.1 测量 1.1.2 计量 1.1.3 传感器 1.1.4 测量仪器 1.1.5 仪器科学与技术学科的体系结构 1.2 专业术语及其探讨 1.2.1 测量技术领域常见词汇 1.2.2 基本计量学术语 1.3 本书概貌 习题 参考文献第二章 计量学基础 2.1 计量单位制的起源与发展 2.1.1 国际计量组织 2.1.2 为计量单位制作出杰出贡献的科学家 2.1.3 国际单位制 2.1.4 计量单位与基本物理常数 2.2 国家计量标准与规范 2.2.1 我国法定计量单位及其使用规则 2.2.2 量值传递与溯源 2.3 计量分类 2.3.1 分类概况 2.3.2 十大计量 2.3.3 军事计量 习题 参考文献第三章 测量技术与仪器的基本知识 3.1 测量的基本概念 3.1.1 测量原理 3.1.2 测量方法 3.1.3 测量仪器 3.2 测量仪器的静、动态特性 3.2.1 仪器的静态特性 3.2.2 仪器的动态特性 3.3 测量不确定度 3.3.1 影响量已知的系统测量误差 3.3.2 干扰量未知导致的测量不确定度 3.3.3 测量不确定度模型 3.3.4 合成不确定度的计算示例 3.4 动态测量误差 3.4.1 动态误差的成因 3.4.2 动态误差的校正 3.5 测量系统结构 3.5.1 串联结构 3.5.2 并联结构 3.5.3 环状结构 3.6 测量系统中的信号特性 3.6.1 信号类型或数据形式 3.6.2 传感器信号处理 3.7 电磁兼容 3.7.1 电磁干扰 3.7.2 接地 3.7.3 屏蔽 习题 参考文献第四章 计算机辅助测量系统 4.1 工业控制计算机 4.1.1 硬件 4.1.2 软件 4.1.3 虚拟仪器 4.1.4 自动测试系统 4.2 硬件接口和总线系统 4.2.1 硬件接口 4.2.2 串行通信接口 4.2.3 并行通信总线 4.2.4 总线平台的比较 4.3 局域网通信系统 4.3.1 LXI规范 4.3.2 LXI测试系统的优越性 4.3.3 建立LXI自动测试系统 4.3.4 传感器无线网 4.4 测量程序与仪器控制 4.4.1 可编程测量仪器 4.4.2 计算机辅助测量过程 4.4.3 LabVIEw和MATLAB 习题 参考文献第五章 传感技术与测量仪器的前沿领域 5.1 传感器的前沿技术 5.1.1 智能传感器 5.1.2 智能结构 5.1.3 新型传感器及其关键技术 5.2 测量技术与仪器的发展进程 5.2.1 仪器仪表与现代文明 5.2.2 电子测量仪器及系统 5.2.3 现代精密测量技术 5.2.4 现代测量技术的特征及发展趋势 5.3 科学实验与测量仪器 5.3.1 普朗克常数及其测量实验 5.3.2 先进仪器仪表和传感器的发明创造 习题 参考文献第六章 中国古代度量衡及观测仪器的发展概况 6.1 中国古代度量衡的起源 6.1.1 古代度量衡与律吕的渊源 6.1.2 古代度量衡制度的发展历程 6.2 中国古代计时方法的演变 6.2.1 古代计时方法 6.2.2 古代计时仪器与历法 6.3 中国古代天文地理观测仪 6.3.1 古代天文观测仪 6.3.2 古代地理观测仪习题参考文献
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