Design Automation, Languages, and Simulations (Principles and Applications in Engineering, 9) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Chen, Wai-Kai 编

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2003-03-26

价格:USD 134.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849317392

丛书系列:

图书标签:

• Design Automation
• Languages
• Simulations
• Engineering
• CAD
• VLSI
• Digital Systems
• Modeling
• Verification
• Computer-Aided Design

《工程实践的数字化浪潮：设计自动化、语言与仿真技术》 在现代工程领域，效率、精度和创新是驱动发展的核心要素。随着信息技术的飞速发展，工程设计、分析和制造的范式正在经历一场深刻的变革。这场变革的核心驱动力之一便是设计自动化，它通过智能化的工具和流程，极大地提升了工程项目的效率和质量。与此同时，用以描述和控制这些自动化过程的工程语言，以及用来预测和优化设计性能的仿真技术，共同构成了推动工程实践迈向新高度的强大基石。 本书深入探讨了设计自动化、工程语言以及仿真技术这三大关键领域的原理和应用，旨在为工程师、研究人员和学生提供一个全面而深入的视角，理解它们如何相互协作，共同塑造了当代工程学的未来。本书并非仅仅罗列技术细节，而是着重于揭示其背后的核心思想、基本原理以及在工程实践中广泛而深刻的应用。 第一部分：设计自动化的力量 设计自动化是工程领域的一场革命，它将过去繁琐、耗时且容易出错的手工设计过程，转变为由计算机辅助甚至完全自动化的流程。本部分将从基础概念入手，逐步深入到高级主题。 自动化设计的基石：从CAD到CAPP 计算机辅助设计（CAD）的演进与核心功能： 追溯CAD的发展历程，从早期的二维绘图工具到如今的三维实体建模、参数化设计和自由曲面造型。重点介绍CAD在几何建模、装配管理、工程图生成等方面的核心能力，以及它们如何极大地提高了设计效率和精确度。探讨不同类型的CAD系统及其适用场景，例如机械设计、建筑设计、电子设计等。 计算机辅助工艺规划（CAPP）的集成与智能： 解释CAPP如何在设计完成后，自动或半自动地生成制造工艺规程。深入研究基于检索的CAPP和基于生成的CAPP，以及它们在特征识别、工序优化、刀具路径规划等方面的作用。强调CAPP在连接设计与制造，实现“数字孪生”中的关键环节。 参数化设计与知识工程：让设计“活”起来 参数化设计的原理与优势： 详细阐述参数化设计如何通过变量、约束和关系来定义和控制几何模型。探讨如何利用参数化设计实现设计的灵活性、可追溯性和快速迭代，从而应对复杂多变的设计需求。 工程知识的表达与应用： 剖析知识工程在设计自动化中的重要性，包括专家系统、规则引擎、本体论等。探讨如何将领域专家的经验和知识转化为计算机可理解的形式，并将其融入设计过程，实现智能化设计决策和优化。 生成式设计与拓扑优化：探索无限可能 生成式设计的概念与实现： 介绍生成式设计如何基于用户设定的目标、约束和设计空间，通过算法自动生成大量潜在设计方案。重点探讨其在概念设计阶段的优势，以及如何加速创新和发现非传统解决方案。 拓扑优化的数学基础与应用： 深入讲解拓扑优化如何基于有限元分析，在给定载荷和约束条件下，优化材料的分布，以达到轻量化、高刚度或高强度等目标。展示其在航空航天、汽车制造等领域的实际应用案例。 设计过程的自动化集成：PDM/PLM与协同设计 产品数据管理（PDM）与产品生命周期管理（PLM）： 阐述PDM和PLM系统如何管理设计过程中的所有数据和流程，从需求定义、设计、制造到服务。强调它们在信息共享、版本控制、流程审批、变更管理等方面的重要性，以及如何实现全生命周期的协同。 协同设计平台的构建与应用： 探讨现代协同设计平台如何打破地理限制，实现多学科、多团队的实时协作。介绍其在沟通、评审、模型共享等方面的功能，以及如何提升项目整体效率和质量。 第二部分：工程语言的精确表达 工程语言是沟通、描述、控制和记录工程活动的载体。在设计自动化和仿真技术日益复杂的今天，精确、高效且易于理解的工程语言显得尤为重要。本部分将聚焦于支撑工程实践的各种语言体系。 建模语言的统一与规范 面向对象建模语言（如UML）： 介绍面向对象思想在软件工程和系统建模中的应用，以及UML等语言如何用于描述系统的结构、行为和交互。 硬件描述语言（HDL，如Verilog, VHDL）： 探讨HDL在电子系统和集成电路设计中的关键作用，如何通过代码描述硬件的功能和结构，并实现仿真和综合。 领域特定语言（DSL）： 解释DSL的优势，即针对特定工程领域（如控制系统、机器人学）设计的语言，如何提高表达效率和准确性。 描述性语言与标准化 工程图纸与技术文档的演变： 从传统的二维图纸到三维模型，再到包含丰富语义信息的模型，探讨工程图纸和技术文档在信息传递中的作用。 XML、JSON等数据交换格式： 介绍这些数据格式在工程数据互通、信息集成中的应用，以及它们如何支撑不同系统间的信息传递。 智能语言的处理与应用 自然语言处理（NLP）在工程中的潜力： 探讨NLP如何用于理解和分析工程文档，提取关键信息，甚至辅助编写技术报告。 语义网与知识图谱在工程领域的构建： 介绍如何利用语义网技术构建工程知识图谱，实现工程信息的智能化检索、关联和推理。 第三部分：仿真技术的预测与优化 仿真技术是理解复杂系统行为、预测设计性能、优化工程方案的强大工具。它通过在计算机中模拟物理过程，为工程师提供了在虚拟环境中进行实验和评估的可能。 数值模拟方法的核心：从PDE到CFD/FEA 偏微分方程（PDE）的离散化： 介绍有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和有限体积法（FVM）等数值方法的原理，它们如何将连续的物理问题转化为离散的代数方程组。 计算流体力学（CFD）： 深入讲解CFD在模拟流体流动、传热传质等现象中的应用，包括其在空气动力学、水动力学、化工过程等领域的关键作用。 有限元分析（FEA）： 详细阐述FEA在结构力学、热应力、振动模态等领域的应用，如何预测材料的应力、应变分布，以及结构的可靠性。 多物理场耦合仿真：揭示内在联系 多物理场耦合的挑战与方法： 探讨当不同物理现象相互影响时（如流固耦合、热固耦合、电磁力学耦合）的仿真挑战，以及常用的耦合策略（如强耦合、弱耦合）。 复杂系统行为的预测： 展示多物理场仿真如何用于分析复杂设备（如发动机、涡轮机、微电子器件）的整体性能，并揭示不同物理场之间的相互作用。 实时仿真与硬件在环（HIL）：面向控制与系统集成 实时仿真的概念与技术： 介绍实时仿真如何在极短的时间内完成计算，模拟物理过程，满足控制系统开发和验证的需求。 硬件在环（HIL）仿真： 详细阐述HIL仿真如何将真实的硬件控制器连接到模拟环境，实现对控制算法的全面测试和验证，大大降低了实际测试的风险和成本。 仿真驱动的设计优化与验证 优化算法与仿真集成： 介绍如何将优化算法（如遗传算法、响应面法）与仿真模型相结合，实现对设计参数的自动寻优，以达到最佳性能。 验证与确认（V&V）： 强调仿真结果的有效性依赖于严格的验证和确认过程，包括与实验数据的比对、专家评审等。 新兴仿真技术展望：GPU加速、AI辅助仿真 GPU加速在高性能计算中的应用： 介绍GPU如何通过并行计算能力，极大地缩短复杂的仿真计算时间。 人工智能（AI）在仿真中的融合： 探讨AI如何用于构建更精确的仿真模型、加速仿真求解、进行仿真结果的后处理和分析，以及辅助设计探索。 结语 《工程实践的数字化浪潮：设计自动化、语言与仿真技术》一书，通过对设计自动化、工程语言和仿真技术这三个核心领域的深入剖析，系统地勾勒出当前工程领域数字化转型的脉络。本书的目标是帮助读者建立起一个全面的认知框架，理解这些技术如何相互融合，共同推动工程创新，解决日益复杂的工程挑战。从提升设计效率到实现精确预测，再到赋能智能决策，这些技术正以前所未有的力量，重塑着工程的未来。本书的每一章节都力求以清晰的逻辑、详实的案例和深入的原理分析，为读者提供宝贵的知识财富，激发对未来工程实践的思考和探索。

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