材料加工中的计算机应用基础

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出版者:哈尔滨工业大学
作者:栾贻国
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2005-7
价格:28.0
装帧:平装
isbn号码:9787560321165
丛书系列:
图书标签:
  • 材料加工
  • 计算机应用
  • 基础知识
  • 数字化制造
  • 工艺参数
  • 仿真技术
  • CAD/CAM
  • 数控技术
  • 工业4
  • 0
  • 智能制造
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具体描述

本书介绍计算机在材料加工中应用的基础知识,包括计算机系统与软/硬件、设计准则的处理、图形变换、几何造型、优化方法、图像识别、有限差分法、专家系统、软件工程和数字控制等内容。

  本书是高等院校材料成形与控制工程专业及其他相关专业的教材,也可供从事材料加工等专业的工程技术人员参考。

好的,以下是一本不包含《材料加工中的计算机应用基础》内容的图书简介,侧重于其他领域的计算机应用。 --- 书名: 《智能制造时代的工业数据分析与决策优化》 内容简介 在当代工业革命的浪潮中,数据已成为驱动生产力提升和产业升级的核心要素。本书《智能制造时代的工业数据分析与决策优化》并非一本聚焦于传统材料加工基础的教材,而是深入探讨如何利用现代信息技术、数据科学和人工智能方法,对复杂的工业制造系统进行实时监控、深入分析和优化决策。本书旨在为工程师、技术管理者以及对工业4.0技术感兴趣的研究人员,提供一套系统化、实战性的数据驱动决策框架。 第一部分:工业数据采集与预处理的深度解析 本书首先聚焦于工业环境中数据的生命周期管理。与材料加工中侧重于材料属性和工艺参数采集不同,本书更强调异构系统间的数据集成与清洗。我们将详细阐述如何从不同来源——如PLC(可编程逻辑控制器)、SCADA(数据采集与监视控制系统)、MES(制造执行系统)以及物联网(IoT)传感器网络中,高效、安全地提取数据。 重点内容包括: 1. 工业物联网(IIoT)架构与数据流设计: 探讨基于MQTT、OPC UA等工业通信协议的数据采集策略,关注边缘计算在数据预处理中的作用,如何实现数据的实时性与可靠性平衡。 2. 大数据存储与管理: 介绍适用于高频时间序列数据的时序数据库(如InfluxDB)和面向工业应用的分布式文件系统(如HDFS的特定优化),以及云原生数据库在弹性扩展方面的应用。 3. 数据质量保障与清洗: 工业数据的噪声、缺失值和异常值处理是提升分析准确性的关键。本书提供了一套针对周期性、瞬态干扰数据的鲁棒性清洗算法和异常检测模型,确保输入到后续模型中的数据具备高可信度。 第二部分:制造过程的统计过程控制与质量预测 不同于基础材料特性的测量分析,本书的核心在于利用统计学和机器学习方法,对宏观生产流程的稳定性和产出质量进行预测和预防性干预。 1. 先进统计过程控制(APSC): 超越传统的Shewhart图,本书深入讲解了基于模型的状态监控技术,如卡尔曼滤波在传感器信号去噪与状态估计中的应用,以及多变量SPC在复杂装配线上的实施。 2. 机器学习在质量预测中的应用: 详细介绍如何构建基于历史运行数据和环境因素的质量预测模型。内容涵盖回归模型(如梯度提升树XGBoost/LightGBM)在预测关键性能指标(KPIs)上的调优,以及深度学习模型(如LSTM)在处理具有时间依赖性的质量漂移问题上的优势。 3. 可解释性AI(XAI)在故障诊断中的应用: 在高风险的生产环节,仅有预测结果是不够的,还需要知道“为什么”。本书重点讨论了SHAP值和LIME方法在解释模型决策,定位影响质量的关键工艺变量,为工程师提供清晰的改进方向。 第三部分:生产调度与资源优化的运筹学方法 本书的第三部分将视角从单一设备提升至整个工厂的优化调度层面,运用运筹学和优化算法来实现资源的最优配置。 1. 离散事件仿真(DES)建模: 介绍如何使用专业的仿真软件工具(如Arena, Simio)构建数字孪生体的初步模型,用于测试不同的生产布局、物流策略和人员配置方案,评估其对吞吐量和周转时间的影响,避免在实际生产线上进行高成本的试错。 2. 约束规划与混合整数规划(MIP): 针对复杂的排程问题(如多工序、有限产能、紧急插单),本书提供了一套将实际生产约束转化为数学模型(如时间窗、物料限制)的建模流程,并利用商业求解器(如CPLEX, Gurobi)或开源库(如PuLP)求解最优调度方案。 3. 强化学习在动态调度中的探索: 针对高度不确定性环境(如设备随机故障、原料延迟),本书探索了使用深度Q网络(DQN)等强化学习算法,训练Agent自主学习在实时反馈中做出最优的调度动作,实现生产流程的自适应调整。 第四部分:工业数据安全与合规性架构 在数据驱动的决策体系中,数据安全是不可或缺的一环。本书专门辟出一章,讨论如何保护关键的生产数据和知识产权。内容包括:数据脱敏技术、基于区块链的设备认证与数据溯源机制,以及如何构建符合工业控制系统(ICS)安全标准的网络隔离与访问控制策略。 本书特点 本书最大的特点在于其面向应用的实战性。它不侧重于计算机科学的理论推导,而是将前沿的分析技术与真实的工业场景紧密结合,每一个章节都配有经过验证的代码示例和案例分析。读者将学到如何将复杂的数据分析工具转化为可落地的生产效率提升方案,是推进企业向数字化、智能化转型的关键参考读物。本书的内容横跨数据工程、统计建模、优化理论和现代控制工程,是新一代工业工程师必备的跨学科知识宝库。

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读后感

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用户评价

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这本书在对新兴计算方法的介绍上显得有些保守和侧重经典。在讲解数值模拟时,其核心内容仍围绕着相对成熟的有限元法(FEM)展开,对近年来在快速材料仿真领域大放异彩的图形处理器(GPU)加速技术或基于物理的渲染方法(PBR)在损伤演化模拟中的应用提及甚少,或者说,涉及到的深度远远不及对经典有限体积法(FVM)的讲解。这使得本书在“前沿性”这一维度上略显不足,它更像是一部扎实的“基石之作”,确立了理解材料计算应用所需的理论框架和传统工具的使用规范。对于追求最新技术动态的读者来说,可能会觉得信息更新稍慢。然而,也正因为其对传统核心方法的详尽阐述,使得这本书在建立稳固的理论地基方面做得非常出色。每一个基础算法的推导都力求完整,公式的每一步转换都有清晰的物理意义对应,这种对基础的深度挖掘,是保证未来学习任何新技术的必备前提。所以,将其定位为“基础”是恰如其分的,它为你打好了未来应对更复杂、更新颖算法的基础知识储备。

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从排版和示例的选取来看,这本书明显是面向具有一定工业经验的工程师或高年级本科生群体。它的专业术语使用非常地道且密集,几乎没有为非专业人士做过多的铺垫解释。最让我印象深刻的是其对“过程控制与优化”这一模块的处理。作者没有采用传统教学中常见的线性案例,而是设计了一系列复杂的多目标优化问题,要求读者利用所学的遗传算法或模拟退火法去解决实际生产中遇到的矛盾,比如如何平衡刀具寿命、加工时间和产品精度这三个互相制约的变量。每一个案例都配有详细的输入文件格式说明和输出结果的图形化解读指南。这种学习体验非常“硬核”,它要求读者不仅要理解理论,更要能将理论转化为可执行的计算流程,并且能够批判性地分析计算结果的物理合理性。这本书的价值不在于教会你如何点鼠标,而在于教会你如何构建一个解决实际工程问题的计算思维模型。

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这本书给我的最大感受是其强烈的“跨学科整合”倾向。它并非仅仅介绍如何使用某个软件,而是深入挖掘了背后支撑这些软件运行的数学和物理原理,并将它们与材料科学的特定要求无缝对接。比如,它在讨论表面完整性预测模型时,不仅仅展示了如何输入参数,更花费了相当的篇幅来解释热力学、摩擦学模型是如何被离散化并纳入到数值计算框架中的。这种处理方式极大地拓宽了我的知识边界。我原以为计算机应用就是学会操作界面,但这本书让我意识到,真正的应用是建立在对底层机制的深刻理解之上的。特别是关于形变与残余应力分析的部分,作者引用了大量的经典文献,并以图表的形式清晰地展示了不同加载路径对最终微观结构的影响,这对于从事精密加工和表面工程研究的人来说,简直是如获至宝。它迫使你从一个更宏观、更本质的角度去思考“计算”在材料成形过程中的角色定位。

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这本书的视角非常新颖,它没有像传统教材那样堆砌理论知识,而是紧密围绕着实际的“材料加工”这个核心,去探讨“计算机应用”的基础。我最欣赏的是它在讲解CAD/CAM基础模块时,那种由浅入深的叙述方式。作者似乎非常理解初学者在面对复杂软件界面和抽象算法时的困惑,所以书中大量的篇幅都用来拆解那些看似高深的术语,用工程实践中的例子来做类比。比如,在讨论有限元分析(FEA)的预处理阶段时,它没有直接抛出矩阵方程,而是详细描述了如何在一个实际的铸件模型上划分网格,以及不同网格密度对计算精度和时间的影响,这种“带着手去做”的讲解模式,让我感觉自己不是在学习一门枯燥的计算机课程,而是在掌握一项实用的工程技能。尤其是关于切削参数优化那几章,作者巧妙地结合了经典优化算法的原理和车削、铣削过程中的实际约束条件,使得理论不再是空中楼阁,而是能直接指导我设定车床程序的有效工具。读完这部分,我感觉自己对如何利用软件提升加工效率有了质的飞跃,不再是简单地遵循预设模板,而是能根据材料特性和刀具磨损情况进行个性化调整了。

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坦率地说,这本书的行文风格非常“技术手册化”,每一个章节的逻辑推演都像是一份严谨的工程规范。它几乎不涉及任何花哨的排版或引人入胜的故事性叙述,完全是以传递信息和建立知识体系为唯一目的。我注意到作者在介绍各种数据结构在材料模拟中的应用时,对每种算法的内存占用和时间复杂度进行了非常详尽的对比分析,这对于需要进行大规模并行计算的工程师来说,无疑是非常宝贵的参考资料。例如,书中对离散元方法(DEM)在颗粒流动模拟中的具体实现步骤,给出了近乎代码级的描述,这比市面上许多只停留在概念层面的书籍要深入得多。然而,这种严谨性也带来了一个小小的门槛——对于那些背景知识相对薄弱的读者来说,可能需要反复研读才能完全跟上作者的思路。它更像是一本工具书,一本需要放在手边随时查阅和对照的“操作指南”,而不是一本适合在睡前放松阅读的科普读物。但如果你就是那种追求精准、拒绝模糊的读者,这本书的详实程度绝对能让你满意,它把“基础”二字吃得非常透彻,没有丝毫的含糊不清。

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