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出版者:第1版 (2007年1月1日)

作者:夏文秀

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2007-1

价格:43.0

装帧:平装

isbn号码:9787111205463

丛书系列:

图书标签:

• AutoCAD
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机械设计与制造领域的前沿探索：数字孪生与增材制造技术深度解析 图书名称： 机械设计与制造领域的前沿探索：数字孪生与增材制造技术深度解析 图书简介： 本手册旨在为机械工程、先进制造技术、工业设计以及相关交叉学科的专业人士、研究人员和高年级学生提供一份全面、深入且高度实用的技术指南。本书聚焦于当前重塑全球制造业格局的两大核心驱动力——数字孪生（Digital Twin）技术和增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术，并系统阐述它们如何深度融合，构建面向未来的智能制造系统。 本书结构严谨，内容覆盖从理论基础到前沿应用的完整链条，强调跨学科知识的整合与工程实践指导。全书共分为五大部分，近三十个章节，内容翔实，图文并茂。 --- 第一部分：数字孪生技术：理论基石与系统构建 本部分深入剖析了数字孪生技术的本质、发展历程及其在现代工程中的战略地位。我们不拘泥于概念的泛泛而谈，而是聚焦于如何将物理实体映射到虚拟空间，实现实时、动态、双向的交互与反馈。 核心内容包括： 1. 数字孪生体系结构模型： 详细解析了分层模型（感知层、网络层、平台层、应用层）的构建原则，特别是针对复杂机械系统（如大型动力设备、柔性生产线）的建模方法论。 2. 多物理场耦合与高保真仿真： 探讨如何利用先进的有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）以及多体动力学（MBD）软件，构建具备高精度预测能力的虚拟样机。重点讲解了如何处理材料非线性、热-力耦合等复杂工况下的仿真策略。 3. 数据驱动的孪生体生命周期管理（DT-PLM）： 阐述了从设计、制造、运行到维护全生命周期中，孪生体如何捕获、处理和利用海量传感器数据（IoT/IIoT）。内容涵盖数据清洗、状态评估算法以及面向预测性维护（PdM）的机理模型与数据模型融合技术。 4. 边缘计算与实时同步机制： 针对工业现场对低延迟同步的需求，分析了边缘计算在数据预处理和快速决策中的作用，以及确保物理世界与虚拟世界时间同步的关键技术路径。 --- 第二部分：增材制造技术：材料科学与工艺优化 本部分将视野转向增材制造领域，系统梳理了当前主流AM技术的原理、优势、局限性，并深入探讨了材料科学在AM中的核心地位。 核心内容包括： 1. 主流AM技术精讲： 详细对比了基于粉末床熔融（如SLM、EBM）、基于定向能量沉积（DED）以及基于材料挤出的各项技术流程、设备参数控制与精度保障方法。 2. 先进金属与复合材料的应用： 重点分析了高熵合金、超高强度钢、陶瓷基复合材料等在AM过程中的粉末特性、烧结/熔化行为以及残余应力控制。探讨了如何通过工艺参数优化来调控微观组织，提升宏观力学性能。 3. 增材制造的结构设计方法（Design for Additive Manufacturing, DfAM）： 突破传统减材制造的设计约束，介绍了拓扑优化、点阵结构设计、晶格结构生成算法，以及如何利用这些结构创新来同时实现轻量化和性能提升。 4. 后处理工艺的标准化与质量控制： 增材制造件的性能高度依赖于后处理。本部分详细介绍了热等静压（HIP）、表面精加工、热处理工艺对内部缺陷（如孔隙率、未熔合）的消除效果与力学性能改善，并提出了针对性的无损检测（NDT）方案。 --- 第三部分：数字孪生与增材制造的深度融合 本部分是全书的创新和核心所在，探讨两大技术的交叉融合，以实现“虚拟设计-智能制造-实时反馈”的闭环。 核心内容包括： 1. 基于数字孪生的AM工艺路径规划： 如何在虚拟环境中模拟和优化AM制造过程（如激光扫描路径、铺粉厚度、支撑结构布局），从而在物理制造开始前，预测出潜在的翘曲、残余应力分布和制造缺陷。 2. 制造过程中的实时闭环控制： 利用高频传感器（如红外热像仪、高速相机）捕获熔池或凝固带的实时状态，通过孪生模型进行快速反馈修正，实时调整激光功率或扫描速度，实现“零缺陷”制造的初级目标。 3. 孪生驱动的参数优化与知识库构建： 介绍如何利用仿真结果和历史制造数据，通过机器学习算法（如贝叶斯优化、高斯过程），自动搜索出最佳的工艺参数组合，并将其固化为可供复用的制造知识库。 4. 从零件到系统的集成验证： 探讨如何将单个零件的增材制造孪生体扩展到整个装配体的数字孪生系统，实现对复杂工况下性能的快速迭代验证。 --- 第四部分：智能运维与可持续发展 本部分着眼于产品投入使用后的价值最大化和环境友好性。 核心内容包括： 1. 数字孪生驱动的预测性维护（PdM）： 结合运行数据，孪生体可模拟关键部件的疲劳损伤累积、磨损演化，精确预测剩余使用寿命（RUL），指导维修计划，避免非计划停机。 2. 增材制造在备件生产中的应用： 针对高价值、低批量或停产设备的备件需求，阐述如何利用数字化库存（Digital Inventory）和按需增材制造，实现供应链的快速响应与弹性。 3. 面向循环经济的生命周期评估（LCA）： 评估AM技术在材料利用率、能源消耗和废弃物处理方面的环境效益，并利用孪生模型优化设计，减少材料浪费。 --- 第五部分：案例研究与未来展望 本部分通过多个行业案例（航空航天结构件、生物医疗植入物、高性能模具）展示数字孪生与增材制造融合的实际应用效果，并对未来发展趋势进行研判。 核心内容包括： 1. 前沿案例深度剖析： 选取具有代表性的工业应用案例，从“需求提出-设计迭代-仿真验证-AM制造-运行反馈”的完整链条进行复盘分析。 2. 标准化与认证挑战： 探讨当前数字孪生模型验证、增材制造件性能一致性认证（特别是高可靠性领域）面临的挑战与正在制定的国际标准。 3. 人工智能与自主制造的未来： 展望量子计算、更高级的生成式AI在数字孪生建模和AM工艺自主决策中的潜力，指明下一代智能制造系统的演进方向。 --- 本书特色： 深度实操性： 内容取材于最新的工业项目经验和前沿科研成果，注重算法流程和参数控制的实际指导意义。 跨学科整合： 成功架设了信息技术（IT）、运营技术（OT）与材料科学之间的桥梁。 前瞻性视角： 聚焦未来五年内制造业的核心技术焦点，为读者提供战略性的技术储备。 本书是机械工程领域工程师、产品研发人员、制造业管理者以及致力于智能制造领域深化学术研究的必备参考书。通过阅读本书，读者将掌握一套完整的、面向工业4.0/5.0时代的设计、制造与服务新范式。

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这本书简直是为我这种刚踏入三维设计领域的新手量身定做的“救命稻草”！我之前完全是CAD的门外汉，看那些厚厚的官方手册简直像在啃天书，别说实操了，连软件界面都认不全。然而，这本《实用教程》的编排逻辑极其清晰，它不是那种堆砌理论的枯燥读物，而是采用了“任务驱动”的教学方式。比如，它会先告诉你一个实际工程中会遇到的具体问题——“如何快速搭建一个简单的机械零件草图”，然后一步步拆解，从最基础的线条绘制、圆弧创建，到如何利用约束和参数化来保证设计的精确性，讲解得细致入微。我印象最深的是关于“实体建模”那一章，作者用了大量的截图和流程图，即便我对着屏幕比对操作，也能很快捕捉到鼠标点击的位置和快捷键的运用，几乎没有产生“这个功能去哪里找”的困惑。更赞的是，它并没有止步于基础操作，而是深入到了图层管理和图纸输出的标准规范，让我不仅学会了“怎么画”，更明白了“为什么要这么画”，这对于未来想走专业路线的人来说，价值无可估量。读完前几章，我已经能独立完成一些简单的平面布局图了，那种从“一无所知”到“初窥门径”的成就感，这本书功不可没。

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如果要给这本书一个总结性的评价，我会说它是一部“坚实可靠的基石之作”，尤其适合那些想要建立扎实CAD基础，并且不希望被短期内软件更新迭代频繁影响学习路径的读者。它对2007版软件的覆盖是全景式的，没有明显的知识盲区。我记得当时我最头疼的是如何进行二维到三维的初步过渡，这本书中关于“三维可视化样式切换”和“UCS（用户坐标系）的精确设置”的讲解，非常到位。它没有将三维部分讲得过于复杂，而是点到为止，为用户提供了一个平稳的向上学习的阶梯。与现在市面上充斥的那些只侧重于讲解最新版本特有功能的书籍相比，这本书最大的优势在于其对核心工作流程的固定和稳定性的把握。对于需要长期维护老项目图纸，或者在配置受限环境下工作的用户来说，它提供的知识体系是极其可靠和耐用的。它更像是一本工具书，而不是一本速成读物，需要你投入时间去消化和内化，但回报是绝对值得的。

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坦白说，我购买这本书的初衷是想找一本能让我快速上手，并能解决实际工作中遇到的复杂问题的工具书。我之前用过一些国外引进的教材，虽然内容很全，但完全是欧美的工作习惯和标准，在对照国内的制图规范时总感觉格格不入，很多地方需要自己摸索转换。这本《教程》的优势恰恰在于它的“本土化”和“实用性”。它对2007版这个特定版本的功能掌握得非常透彻，特别是针对一些经典工具如“剖视图生成”、“标注样式设置”以及“布局空间与模型空间的切换”等易混淆的环节，作者的处理方式极其接地气。它没有过多渲染那些花哨的3D渲染技巧，而是聚焦于如何高效、准确地完成工程图纸的绘制和会审准备工作。书中附带的光盘资料（虽然现在看来光盘已经有点时代感了，但里面的案例文件至今仍很有参考价值）中，那些标注清晰、注释完整的案例文件，让我可以对照着学习如何规范化地组织一个工程项目文件。我尤其欣赏它在“图纸模板定制”这一块的详尽讲解，这直接帮我节省了大量重复设置的工作时间，真正体现了“实用”二字。

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这本书的讲解风格，说实话，有点像一位经验丰富、但略显严谨的老师傅在带徒弟。它不像某些新潮的教程那样追求酷炫的效果展示，而是非常注重基础的“内功心法”。我发现它在对“对象捕捉”和“精度控制”这些看似不起眼的功能上的篇幅投入，远超其他我翻过的书。比如，在讲解“多段线”的编辑时，它不仅告诉你如何使用PEDIT命令，还深入解释了多段线顶点与曲线拟合之间的数学关系，这对那些追求完美几何形态的设计师来说，简直是宝藏信息。我个人感觉，这本书更偏向于培养使用者对CAD软件底层逻辑的理解，而不是仅仅停留在“点这里，按那里”的表面操作。这导致我的学习过程初期可能会稍微慢一些，需要多花时间理解背后的原理，但一旦理解了，后续的学习和应用就会变得举一反三，效率豁然开朗。它教会我的不是如何使用2007版，而是如何使用CAD这个工具的思维方式。

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我不得不提一下这本书在“性能优化”和“文件管理”方面的深度覆盖。在那个年代（2007年），电脑硬件性能普遍不如现在，如何让大型图纸跑起来不卡顿，是设计师的头等大事。这本教程非常细致地分析了不同对象（如外部参照、光栅图像、复杂填充）对内存和CPU的占用情况，并给出了实用的解决方案，比如如何合理使用“清理”（PURGE）命令，如何有效管理XREF的路径。对于我这种经常需要处理历史遗留的超大图纸的工程师来说，这部分内容比新增的炫技功能重要一百倍。此外，书中关于“批处理打印和发布”的介绍，虽然用的都是当时的标准设置，但其原理放在现在依然适用，只是需要根据新版本的界面稍作调整。这本书的价值在于，它提供了一个稳定、高效的工作流框架，而不是仅仅停留在软件界面的介绍上。它教会我如何“管理”图纸，而不仅仅是“绘制”图纸，这才是专业人士与业余爱好者的分水岭。

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