人与自动化-系统设计和研究问题 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安交大

作者:谢利丹

出品人:

页数:285

译者:

出版时间:2007-9

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787560525303

丛书系列:

图书标签:

• 计算机科学
• 管理
• 人机交互
• 自动化
• 系统设计
• 研究方法
• 工程伦理
• 技术哲学
• 人因工程
• 控制系统
• 人工智能
• 未来科技

好的，这是一份关于一本名为《人与自动化-系统设计和研究问题》之外的图书的详细简介，字数在1500字左右。 --- 图书名称：先进材料的计算模拟与性能预测 作者：[虚构作者姓名] 出版社：[虚构出版社名称] 出版年份：2024年 --- 导言：材料科学的计算前沿 在当代科学研究与工业应用中，材料的发现、设计与优化已成为推动技术进步的核心驱动力。从微电子芯片到高性能航空航天结构件，材料的性能直接决定了最终产品的能力极限。然而，传统依赖于大量试错的实验方法往往耗时、昂贵且效率低下。因此，计算材料科学应运而生，它利用强大的计算工具，以前所未有的精度模拟材料在不同条件下的行为，从而加速新材料的研发进程。 《先进材料的计算模拟与性能预测》一书，正是深入探讨这一前沿领域的权威指南。本书旨在为材料科学家、工程师、物理学家以及从事计算模拟的研究人员，提供一套全面、系统且深入的理论框架与实践指导，以期掌握如何运用先进的计算方法，精确预测和理解复杂材料体系的微观结构与宏观性能之间的内在联系。 本书的叙述结构严谨，从基础的量子力学原理出发，逐步深入到复杂多尺度的模拟技术，最终聚焦于实际应用中的挑战与机遇。它不仅仅是一本理论教科书，更是一本融入了最新研究成果和工程实践经验的工具书。 第一部分：理论基石——从量子到原子尺度的模拟 本书的第一部分奠定了计算材料学的理论基础，重点阐述了描述物质基本行为的计算方法。 第一章：量子力学基础与密度泛函理论（DFT） 本章详细回顾了量子力学在描述电子结构中的核心地位。重点讲解了如何将薛定谔方程转化为适用于多电子体系的求解框架。本书对密度泛函理论（DFT）进行了深入的剖析，包括不同交换关联泛函的演进（如LDA、GGA、Meta-GGA）及其在预测晶格常数、结合能和电子性质方面的优缺点。特别地，书中还探讨了如何通过自洽场（SCF）方法有效地收敛计算结果，并讨论了处理包含局部磁矩和强关联电子体系的挑战。对于半导体和过渡金属化合物的能带结构计算，本书提供了详细的案例分析和参数选择指南。 第二章：分子动力学（MD）模拟的原理与应用 分子动力学模拟是研究材料在有限温度和压力下动态行为的关键工具。本章清晰阐述了牛顿运动方程在离散时间步上的数值积分方法（如Verlet算法）。本书的核心内容之一是对势函数（Interatomic Potentials）的构建与选择进行了详尽的讨论。这包括了经验势（如Lennard-Jones、Embedded Atom Method, EAM）的适用范围，以及新兴的、基于机器学习的势函数（Machine Learning Potentials, MLPs）如何弥合精度与计算效率之间的鸿沟。读者将学习如何利用MD模拟来研究相变过程、扩散机制和晶界动力学。 第三章：蒙特卡洛方法与统计力学 本章侧重于蒙特卡洛（MC）方法在统计平衡态模拟中的应用。它阐述了马尔可夫链理论如何确保采样的系统性和有效性。本书详细介绍了Metropolis准则在模拟复杂势能面时的应用，以及如何使用更高级的采样技术（如Gibbs集成、Wang-Landau算法）来解决低熵或多峰值分布体系的采样困难。在材料科学中，MC方法常用于计算合金的相图、晶格缺陷的统计分布以及吸附过程的热力学分析。 第二部分：跨尺度建模——从微观到宏观的桥梁 材料的宏观性能往往源于其微观结构和缺陷的演化。第二部分致力于构建连接不同尺度的桥梁，实现多尺度模拟。 第四章：介观尺度模拟：相场法与耗散动力学 本章引入了相场（Phase Field, PF）方法，这是一种强大的工具，用于模拟合金凝固、微观结构演化等界面驱动过程。书中详细阐述了Ginzburg-Landau方程的推导及其在描述界面能和驱动力方面的优势。此外，本书还探讨了耗散有序变量动力学（Kinetic Monte Carlo, KMC）在介观尺度上的应用，特别是在研究扩散机制和化学反应速率方面，KMC如何有效地将原子尺度的信息集成到更长的时间尺度上。 第五章：有限元分析（FEA）与结构力学模拟 本部分转向宏观力学性能的预测。本章详细介绍了有限元方法的理论基础，包括网格生成、本构模型的选择以及边界条件的处理。重点讨论了如何将微观模拟的结果（如晶粒取向、晶界特性）作为输入参数，喂给宏观FEA模型，以实现“从第一性原理到工程应用”的无缝衔接。书中包含了对复杂载荷情况（如疲劳、蠕变）下材料响应的FEA建模实例。 第六章：耦合模拟方法与多尺度框架 本章是全书的集成点，讨论了如何有效地耦合上述不同尺度的模型。重点介绍了双向和单向耦合策略的优缺点。例如，如何将DFT计算得到的弹性常数用于指导分子动力学，或如何利用MD模拟的结果来校准相场模型的参数。本书还探讨了多尺度建模中数据交换的准确性和误差传递问题，为构建可靠的、全尺度的材料性能预测平台提供了工程化的解决方案。 第三部分：特定材料体系的计算研究与未来方向 本书的最后一部分聚焦于当前研究热点和新兴材料领域的计算应用。 第七章：能量存储材料的电化学模拟 本章专门针对锂离子电池、固态电解质等新能源材料进行深入分析。利用DFT和MD方法，模拟了离子在晶格中的迁移能垒、电极/电解质界面的反应动力学以及材料的体积膨胀/收缩问题。书中包含了对高熵氧化物和新型无钴正极材料的性能预测案例研究。 第八章：结构陶瓷与复合材料的失效预测 在高性能结构材料领域，断裂韧性和抗疲劳性能至关重要。本章应用分子动力学和相场方法，模拟了裂纹的萌生、扩展和分支过程。通过对材料内部微观缺陷（如孔隙、夹杂物）的精确建模，本书展示了如何量化这些缺陷对材料宏观力学性能的负面影响，并提出了优化材料微结构的计算策略。 第九章：面向性能的材料设计与人工智能辅助 展望未来，本章探讨了计算材料学如何从“预测”走向“设计”。重点介绍了高通量计算（High-Throughput Computing）的工作流程，以及如何结合机器学习（ML）和贝叶斯优化等人工智能技术，构建“正向设计”循环。目标是根据用户设定的性能指标，快速筛选和推荐具有所需特性的新型材料组合。 总结与展望 《先进材料的计算模拟与性能预测》是一部面向实践的参考书，它不仅系统梳理了计算材料科学的核心理论，更重要的是，它指导读者如何将这些复杂的计算工具应用于解决现实世界中的材料难题。本书对理论的深度挖掘和对计算范式的清晰梳理，确保了读者能够建立起对材料行为的深刻理解，并能在自己的研究或工程项目中，有效地选择、实施和解释先进的计算模拟结果。本书的读者将能够站在当前计算材料科学的最前沿，为下一代材料的创新奠定坚实的理论与计算基础。 ---

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当我合上这本书时，脑海中浮现的不是密密麻麻的代码或电路图，而是一幕幕真实的工作场景——从飞机驾驶舱到远程医疗手术台。这本书最成功的一点，在于它成功地将“系统设计”从纯粹的技术实现中解放出来，强调了“人性化”才是衡量一个自动化系统是否成功的终极标准。作者们对“工作流重塑”的讨论尤为精到，他们展示了自动化如何从简单的任务替代，演变为对整个职业角色的重新定义。书中穿插的那些访谈案例，虽然篇幅不长，但极具穿透力，它们让那些冰冷的公式和模型瞬间有了温度和重量。我发现，这本书迫使我重新审视自己过去对“效率”的定义，它提醒我，一个高效的系统，必须首先是一个对使用者友好的、能促进人类潜能而非压抑其发展的系统。

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这本《人与自动化-系统设计和研究问题》读起来，给我的感觉就像是走进了一个复杂迷宫的入口，充满了对未来工作场景的深刻思考。作者似乎花了大量的篇幅去探讨人与机器协作中的“中间地带”，那种既不完全是人主导，也不完全是机器驱动的灰色区域。书中大量运用了跨学科的视角，从认知心理学的基础理论出发，逐步深入到实际的系统架构设计。我特别留意到其中关于“决策支持系统”的部分，它没有简单地提供一套“正确答案”，而是着重分析了人类在信息过载环境下如何保持高效且准确的判断力，以及自动化系统如何通过精妙的用户界面（UI/UX）设计来引导而非强迫用户。整本书的论述逻辑非常严谨，每提出一个假设，都会立刻引用大量的实证研究来支撑，这种脚踏实地的研究态度，让原本抽象的“人机交互”问题变得触手可及。它不仅仅是写给技术人员看的，对于管理者、政策制定者乃至普通用户，都有启发意义，因为它关乎我们未来如何定义“工作”本身。

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这本书的叙事风格是极其冷静和分析性的，读起来需要集中十二分的精神，因为它讨论的许多研究问题，其边界目前在学术界都还处于探索阶段。我花了好长时间才完全消化了关于“多主体系统中的信任建模”这一章节，作者对于如何量化和建立人对非透明（黑箱）算法的信任，提供了几套截然不同的数学框架。这不仅仅是理论推演，更像是一场关于“可解释性人工智能（XAI）”的哲学辩论，只不过这次辩论是用复杂的数学语言完成的。令人印象深刻的是，书中对当前工业4.0和智能制造领域中的瓶颈进行了尖锐的剖析，指出许多企业盲目引入自动化，却忽略了操作层面的适应性问题，导致效率提升不明显，反而增加了人员的挫败感。与其说这是一本理论著作，不如说它是一份面向未来的、关于“人机共生”的深度诊断报告。

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这本书的结构设计，乍看之下似乎有些跳跃，但细品之下，却发现它遵循了一种从宏观到微观，再从现状到未来的逻辑链条。它对“人机界面作为沟通媒介”这一概念的探讨，是我读过的最全面的论述之一。它不仅关注视觉和触觉反馈，还对听觉、甚至是通过震动和力反馈进行的信息传递进行了详尽的建模。我特别欣赏其中对“异步交互”模式的研究，即在某些高风险场景下，系统如何通过最有效的方式在非实时的时间窗口内与操作员进行信息交换，避免打断当前正在进行的精细操作。这种对时间维度上交互策略的细致考量，显示出作者团队在长期系统稳定性研究上的深厚功力。这本书绝对不是一本能快速翻阅的书籍，它更像是一部工具箱，需要你在实际的项目中，随时取出一两章来反复研读和应用。

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老实说，初翻阅这套书的目录时，我有点被其中术语的密度给震慑住了，感觉像是在啃一本硬核的工程学教科书。但深入阅读后发现，作者的笔触其实相当细腻，尤其是关于“系统可靠性与容错机制”那几章，简直是教科书级别的范例分析。他们没有停留在表面地谈论“系统不能出错”，而是深入剖析了在不可避免的错误发生时，系统如何优雅地将控制权交还给人类操作员，以及操作员如何快速、有效地介入和纠正。这种对“失败模式”的系统性研究，远比市面上许多只歌颂自动化的书籍要来得实在和深刻。我尤其欣赏其中对“情境感知（Context Awareness）”模型的构建，它不仅仅关注传感器数据，更将操作员的情绪状态、疲劳程度等“软性”因素纳入了系统的考量范围。这体现了一种对工程学伦理的深度关怀，使得整部作品超越了纯粹的技术探讨，上升到了社会工程学的层面。

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