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| 內容簡介： |
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。
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| 關於作者： |
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王坤，内蒙古工业大学机械学院系主任、副教授，硕导，现任内蒙古工业大学机械工程学院系主任，增材制造与逆向工程实验室主任和自治区级工业设计促进中心主任。长期从事产品数字化建模、仿真及优化，智能设计与增材制造，医疗器械设计与制造的科研与教学工作。美国塞勒姆州立大学(SSU)访问学者，中国机械工程学会增材制造分委会委员，中国康复医学会康复辅具应用专业委员会常务委员，内蒙古新质生产力技术学会常务理事，内蒙古自治区智慧物流技术与高端智能装备院士专家工作站核心成员。承担国家、省部级、军工及企业委托课题10余项，发表高水平科技论文20多篇，申请专利20余项，科研成果转化3项。荣获内蒙古自治区“草原英才团队”和“新世纪321人才工程”称号。
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| 目錄：
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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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| 內容試閱：
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智能设计与增材制造作为现代工业技术的前沿领域，正深刻改变着传统制造业的面貌。从工业化到信息化、网络化，再到智能化革命，每一次技术变革都在重塑着人类社会的生产方式和生活方式。在智能化革命中，智能设计与增材制造不仅是技术创新的核心驱动力，更是推动经济高质量发展的重要引擎。
智能设计与增材制造的发展历程体现了智慧与挑战的交织。从最早的数字化设计到网络化设计，再到数据驱动的智能化设计系统的不断迭代完善，每一次技术突破都伴随着对传统制造方式的重新思考和创新尝试。近年来，随着3D 打印技术的飞速发展、智能化算法的进步以及数据驱动的分析方法的应用，智能设计与增材制造已经成为工业4.0 的核心组成部分。在这一过程中，智能设计不仅改变了设计流程，更深刻地影响了整个生产链。从产品设计到制造，再到质量控制和后市场服务，每一环节都融入了智能化的元素。这种技术变革不仅仅是工具的进步，更是思维方式和方法论的革新。
在国家战略层面，智能设计与增材制造已经成为推动产业升级的重要抓手。随着我国“十四五”规划对高质量发展的强调、创新驱动发展战略的深入推进，以及数字化转型整体要求的提出，智能设计与增材制造成为国家战略性技术的核心领域。在这一背景下，本书的出版不仅反映了学术界对智能设计与增材制造前沿领域的深入研究，也体现了产业界对技术发展需求的关注。通过系统地梳理这一领域的理论基础、技术创新和应用实践，本书试图为读者提供一个全面而深入的理解媒介。
从教育维度上看，培养具有创新能力和国际视野的未来设计师是高校教育工作者的责任。智能设计与增材制造不仅要求学生掌握专业知识和技术技能，更需要他们具备跨学科思维和解决复杂问题的能力。在这一背景下，本书强调了智能设计教育的系统性、创新性和实用性。通过技术基础理论、智能设计方法和实践综合案例相结合的方式，帮助学生构建完整的知识体系，并提升其解决实际问题的能力。
智能设计与增材制造不仅是技术进步的体现，更是人类文明发展的象征。从历史的维度来看，这一领域已经走过了从探索到应用再到创新的重要阶段。面向未来，我们需要以更开放的心态拥抱技术变革，以更高的站位思考教育意义，并通过系统化、专业化的研究来推动这一领域的持续发展。
本书正是在这样的背景下应运而生。笔者希望它能够成为学术界、产业界和教育界的共同参考，为智能设计与增材制造的发展提供理论支持和实践指导。同时，也希望它能够激发读者对这一领域的好奇心和探索欲，为未来的技术创新和人才培养做出贡献。
总之，智能设计与增材制造正在书写人类工业发展的新篇章。愿本书成为推动这一进步的重要力量，并在实现中华民族伟大复兴的道路上发挥重要作用。
本书基于笔者多年的研究成果和国内外相关文献资料编写而成，编写过程中，部分成果得到了内蒙古自治区重点研发和成果转化项目（2025YFHH0148）的资助，并有幸得到团队成员闫超伟、李一凡、黄亚宁、朱伟光、江艳林的帮助和大力支持，在此，一并表示由衷的感谢！
由于笔者的水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
王坤
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