Advances in Integrated Design and Manufacturing in Mechanical Engineering II pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Tichkiewitch, Serge (EDT)/ Tollenaere, Michel (EDT)/ Ray, Pascal (EDT)

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页数:0

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价格:149

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isbn号码:9781402067600

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机械工程
集成设计
集成制造
先进制造
工程设计
机械设计
制造技术
工业工程
材料工程
计算机辅助设计

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具体描述

精密制造前沿：跨学科集成与智能优化图书简介本书汇集了当代机械工程领域，特别是在集成化设计、先进制造工艺、材料科学与智能系统交叉融合方面的最新研究成果与实践经验。面对日益复杂的工程挑战和对产品性能的极致追求，传统的分散式研发模式已无法满足现代工业的需求。本书聚焦于如何通过系统化的、跨学科的集成方法，实现从概念设计到最终产品制造的全生命周期优化，旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一套前沿且实用的理论框架和技术指导。全书分为五个核心部分，循序渐进地探讨了集成化制造系统的构建、关键使能技术的突破以及面向未来的智能制造范式。 --- 第一部分：集成化设计方法与系统建模本部分深入探讨了如何将多学科知识和设计约束在早期阶段进行有效整合，以避免后期修改带来的巨大成本和时间浪费。 1. 跨尺度、多物理场耦合设计详细介绍了在复杂机械系统（如高精度机床、航空发动机部件）设计中，如何利用先进的数值模拟工具，实现对热、力、流、电磁等多种物理场的精确耦合分析。重点阐述了从微观材料行为到宏观结构性能的多尺度建模策略，包括有限元分析（FEA）的改进算法以及数据驱动的替代模型（Surrogate Models）构建技术，确保设计决策具备可靠的物理基础。 2. 基于模型的系统工程（MBSE）在机械设计中的应用本书强调了系统工程思维对复杂产品开发的指导作用。我们探讨了如何利用SysML等语言，建立系统的、结构化的、可追溯的模型，以管理庞大且相互依赖的设计需求、功能和接口。内容涵盖了需求捕捉、功能分解、架构选择以及系统集成验证的完整流程，旨在实现设计意图的清晰传递和各专业团队间的无缝协作。 3. 可制造性与装配性（DFM/DFA）的深度集成传统的DFM/DFA往往作为设计后期的一种“检查清单”。本书则提出了“设计即制造”的理念，探讨了如何将特定的加工约束（如刀具路径限制、热变形预测）和装配公差链分析，直接嵌入到参数化设计循环中。特别关注了复杂曲面零件的加工路径优化，以及如何利用拓扑优化结果指导实际的工艺路径规划。 --- 第二部分：先进制造工艺的突破与控制本部分着重介绍了对传统制造工艺的革新性提升，以及新兴增材制造技术的成熟化应用。 1. 超精密加工的误差补偿与实时控制针对要求达到纳米级精度的应用场景，本书详细剖析了影响超精密加工（如超精密车削、研磨）的系统误差来源，包括机床的热漂移、振动抑制和刀具磨损。提供了基于激光干涉仪和在线传感器的实时误差测量与主动补偿技术，尤其关注了在高速切削过程中，如何利用机器学习模型预测并抵消残余应力和微观形貌误差。 2. 增材制造（AM）的性能保证与后处理优化增材制造技术的应用已从原型制造转向功能性零件生产。本章重点讨论了金属增材制造（如SLM, EBM）中残余应力控制、孔隙率最小化的关键工艺窗口。此外，详述了针对AM特有微观结构（如晶粒组织、未熔合缺陷）的优化后处理技术，包括热等静压（HIP）、定向凝固处理等，以确保最终零件的机械性能达到锻造成型的水平。 3. 柔性制造单元的快速重构与工艺链优化在面向小批量、多品种生产需求的背景下，柔性制造系统（FMS）的快速重构能力至关重要。本书展示了如何利用模块化的工装夹具、可重构机器人工作站，结合数字孪生技术，实现生产线在极短时间内完成新产品工艺链的加载、模拟和验证，从而最大化设备利用率和系统响应速度。 --- 第三部分：先进材料与结构集成本部分探讨了高性能材料的选择、表征及其在集成制造过程中的行为。 1. 复合材料与异构材料的制造挑战重点分析了碳纤维增强复合材料（CFRP）和金属基复合材料（MMC）的铺层、固化和连接技术。详细阐述了纤维浸润性、界面结合强度对整体性能的影响，并介绍了超声波辅助热压（UAHT）等新技术如何改善层间性能。 2. 功能梯度材料（FGM）的设计与制备 FGM因其材料属性在空间上的连续变化特性，在极端环境（如热障涂层）中展现巨大潜力。本书探讨了如何通过精确控制烧结或沉积过程中的组分梯度，实现材料性能的优化分布，并利用计算材料学工具预测梯度变化率对热应力集中区的缓解效果。 3. 表面工程与功能化集成讨论了如何在制造后期或过程中，通过等离子喷涂、磁控溅射等技术，为零件表面赋予特定的功能（如耐磨损、自修复、生物相容性），实现结构与功能的深度集成。 --- 第四部分：智能决策与生产系统优化本部分将重点转向如何利用信息技术和数据科学来驱动制造系统的智能化演进。 1. 基于大数据的质量预测与过程监控介绍了如何集成来自传感器、机器视觉系统和历史生产记录的海量数据，构建多维度的质量关联模型。强调了异常检测算法（如隔离森林、深度学习自编码器）在早期识别潜在缺陷源方面的应用，实现从“事后检验”到“实时预防”的转变。 2. 制造过程的强化学习（RL）优化展示了如何将制造过程视为一个动态决策系统，利用强化学习技术训练智能体，使其能够在复杂、不确定的环境（如材料批次波动、机床磨损）下，自主优化关键工艺参数（如进给速度、功率密度）。 3. 数字孪生（Digital Twin）在虚拟调试与运维中的应用本书详细阐述了如何构建高保真度的数字孪生模型，用于虚拟调试、远程诊断和预测性维护。重点分析了物理模型与实时数据流的同步机制，以及如何利用孪生体进行“What-If”场景分析，以最小化对实际生产线的干扰。 --- 第五部分：面向未来制造的系统集成范式本部分展望了下一代制造系统的发展方向，强调了可持续性和人机协作的重要性。 1. 闭环可持续制造与资源效率讨论了如何将生命周期评估（LCA）集成到设计与制造决策中，优化能源消耗和废弃物产生。重点关注了增材制造的材料回收再利用技术，以及如何设计易于拆解和再制造的产品结构。 2. 人机协作（Cobot Integration）与操作员增强探讨了协作机器人（Cobots）在复杂装配和高精度操作中的集成策略。内容涉及基于视觉和力矩传感的人机安全边界规划，以及如何通过增强现实（AR）技术，为现场操作员提供实时、情境感知的指导，提升操作效率和准确性。 3. 跨地域供应链的集成化信息平台介绍了构建基于工业互联网或区块链技术的安全信息共享平台，以确保全球化设计、采购和制造环节中的数据一致性、可追溯性和知识产权保护。本书力求以严谨的学术深度和高度的工程实用性，为读者描绘一幅机械工程在“集成化”与“智能化”驱动下实现高质量发展的宏伟蓝图。