面向增材制造的智能设计_王坤著_9787122491121

本书全面、系统地阐述了面向增材制造的智能设计基本方法和关键技术，并配合相关的工程案例进行了解析。全书内容共9章，包括三大部分。第一部分为方法基础，包括第1～3章，介绍智能设计的内涵和实施情况；智能设计基础理论、设计方法、数理基础；面向智能设计的增材制造基础，包括增材制造的技术原理、工艺、方法等，为后续的内容奠定基础。第二部分为关键技术及应用，包括第4～8章，其中第4～6章属于智能设计关键技术应用层，介绍面向增材制造的数字化设计、网络化设计和智能化设计，包括AIGC 的智能产品设计，数据驱动智能分析和数值模拟，基于物联网的协同设计和制造，基于遗传算法、粒子群优化、人工神经网络的智能优化，协同3D打印等关键技术及应用实例；第7、8章属于智能制造关键技术应用层，介绍面向增材制造的数字孪生与虚拟现实、智能检测系统与智慧工厂相关方面的技术及应用，应用案例包括数字孪生工厂、虚拟数字人、智慧工厂智能检测、数字化博物馆，以及智能识别和工业机器人等。第三部分为智创未来，包括第9章，介绍了智能设计与增材制造的未来。本书既可作为工程设计领域和智能制造领域从业人员的技术参考书，又可作为机械工程、设计学、数据工程、信息科学等专业师生的参考书。

第1章绪论001 1.1 智能设计基本概念001 1.2 智能设计的历史演进及技术背景003 1.3 智能设计的内涵及外延005 1.4 智能设计在智能制造中的作用007 1.5 智能设计与增材制造前沿009 1.6 本书组织架构010 参考文献012 第2章智能设计基础014 2.1 智能设计方法014 2.1.1 遗传算法014 2.1.2 粒子群优化方法018 2.1.3 拓扑优化设计方法019 2.1.4 线性支持向量机020 2.2 智能设计数学基础022 2.2.1 人工神经网络022 2.2.2 卷积神经网络026 2.2.3 知识图谱031 2.2.4 生成式人工智能模型034 2.2.5 机器学习036 2.2.6 深度学习039 2.3 数字化设计基础041 2.3.1 几何建模与装配042 2.3.2 物理建模仿真与优化045 2.3.3 计算机辅助工艺规划048 2.3.4 逆向工程技术052 2.4 网络化设计基础057 2.4.1 云计算与边缘计算057 2.4.2 物联网与工业物联网062 2.4.3 网络协同设计与协同制造平台064 2.4.4 网络安全与数据保护068 2.5 智能化设计基础070 2.5.1 数据驱动的设计范式070 2.5.2 算法赋能的创新机理072 2.5.3 实时反馈的交互机制075 2.5.4 自主进化的系统架构077 2.5.5 虚拟样机系统技术基础080 参考文献085 第3章面向智能设计的增材制造基础086 3.1 增材制造技术概述086 3.1.1 增材制造的基本原理086 3.1.2 增材制造技术特点087 3.1.3 增材制造与智能设计前沿创新089 3.2 增材制造核心技术094 3.2.1 增材制造的技术分类、设备及材料094 3.2.2 关键核心部件及技术原理096 3.2.3 增材制造的数值模拟105 3.2.4 增材制造的工艺规划108 3.3 增材制造智能设计准则110 3.3.1 结构设计准则110 3.3.2 支撑设计准则112 3.3.3 聚合物零件的增材制造准则113 3.3.4 金属零件的增材制造准则117 3.4 智能设计与增材制造的协同制造118 参考文献121 第4章面向增材制造的数字化设计123 4.1 医疗康复器械的参数化设计123 4.1.1 参数化设计与约束驱动建模123 4.1.2 复杂晶格结构拓扑优化设计126 4.1.3 生机电一体化智能矫形器设计及制造131 4.2 面向增材制造的生物力学模拟与仿真136 4.2.1 基于仿真的优化建模流程136 4.2.2 人体骨骼/关节的仿生结构建模139 4.2.3 生物力学仿真与迭代优化141 4.3 数字化建模的模型预测与结构优化145 4.3.1 磨粒流工艺的流体动力学仿真方法145 4.3.2 磨粒流磨削量预测模型149 4.3.3 磨粒流抛光结构优化152 4.4 面向增材制造的多尺度与多物理场建模技术156 4.4.1 功能梯度一体化模型设计与制造156 4.4.2 基于多物理场建模的智能设计实验应用158 参考文献168 第5章面向增材制造的网络化设计170 5.1 网络化设计的技术基础170 5.1.1 网络化设计范式框架170 5.1.2 网络化设计关键技术解析171 5.2 增材制造拥抱大数据177 5.2.1 面向增材制造的大数据驱动框架177 5.2.2 多模态数据采集体系179 5.2.3 全生命周期数据应用185 5.3 云边协同创新186 5.3.1 云边协同技术体系架构186 5.3.2 云端协同优化技术187 5.3.3 面向增材制造的云端协同188 5.4 区块链赋能增材制造190 5.4.1 基于区块链的共享增材制造190 5.4.2 面向知识产权的生命周期管理194 5.5 网络安全196 5.5.1 三维防护架构196 5.5.2 核心技术198 参考文献200 第6章面向增材制造的智能化设计202 6.1 面向增材制造的智能化设计范式框架202 6.1.1 智能化设计范式框架202 6.1.2 智能设计参数对增材制造的影响203 6.1.3 增材制造约束建模205 6.2 智能设计技术基础208 6.2.1 通用技术体系208 6.2.2 前沿技术突破210 6.2.3 AM 与智能设计技术融合创新211 6.3 AIGC 驱动的产品创新212 6.3.1 生成式AI 技术及DeepSeek 应用213 6.3.2 跨模态设计技术221 6.3.3 AIGC 驱动的产品全流程设计223 6.4 面向增材制造的智能设计案例226 6.4.1 数据驱动智能设计案例226 6.4.2 算法赋能智能设计案例233 6.4.3 实时反馈智能设计案例240 6.4.4 自主进化智能设计案例242 参考文献250 第7章面向增材制造的数字孪生与虚拟现实252 7.1 数字孪生技术252 7.1.1 数字孪生基本概念252 7.1.2 数字孪生的集成架构254 7.1.3 增材制造中实施数字孪生的关键技术254 7.1.4 面向增材制造的数字孪生系统259 7.2 虚拟现实技术262 7.2.1 虚拟现实技术概述262 7.2.2 虚拟现实的系统构成263 7.2.3 增材制造应用虚拟现实的核心技术264 7.2.4 面向增材制造的虚拟现实系统265 7.3 数字孪生在智能设计中的应用267 7.3.1 数字孪生增材制造267 7.3.2 数字孪生车间的智能应用269 7.3.3 数字孪生医疗系统272 7.3.4 数字孪生车辆系统274 7.4 虚拟现实在智能设计中的应用275 7.4.1 虚拟数字人275 7.4.2 虚拟康复医疗278 7.4.3 虚拟现实遗产保护279 7.4.4 虚拟现实博物馆281 7.4.5 基于虚拟样机技术的交互模拟283 参考文献285 第8章面向增材制造的智能检测系统与智慧工厂287 8.1 面向增材制造的智能检测技术基础287 8.1.1 机器视觉与传感器技术287 8.1.2 基于YOLO 的神经网络与深度学习AI 模型290 8.2 增材制造智能检测应用294 8.2.1 增材制造智能检测系统294 8.2.2 增材制造产品检测案例295 8.2.3 多尺度缺陷检测技术案例297 8.2.4 增材制造实时过程监测案例299 8.3 面向增材制造的智慧工厂303 参考文献306 第9章面向增材制造的智能设计未来308 9.1 增材制造驱动科技革命308 9.1.1 增材制造助力商业航天与低空经济308 9.1.2 增材制造驱动6G 通信和自动驾驶310 9.1.3 增材制造人形机器人柔性关节的突破性应用311 9.1.4 增材制造技术赋能量子科技领域314 9.2 生物增材制造的智能跃迁315 9.2.1 从细胞打印到器官再造315 9.2.2 增材制造可降解智能药控系统318 9.2.3 增材制造实现智慧养老新方案320 参考文献322

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