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本書以“工業(yè)4.0”和智能制造為背景，以數(shù)控機床為主要對象，圍繞智能制造裝備的設(shè)計、調(diào)試、運行，將“理論知識+項目實踐”有機結(jié)合，介紹了數(shù)字孿生驅(qū)動的新技術(shù)、新流程、新工藝，以“理實融合、專創(chuàng)融合”為主要特色，融入創(chuàng)新設(shè)計理念與方法、產(chǎn)品質(zhì)量觀念、工程意識等，培養(yǎng)能夠勝任數(shù)字化、智能化設(shè)計與制造的創(chuàng)新型工程師。
本書得到西門子公司資深技術(shù)人員和教育專家的支持，可以作為高等學(xué)校機械類及自動化類相關(guān)專業(yè)本科生的教材，也可供在研究設(shè)計單位、企業(yè)中從事制造裝備開發(fā)與應(yīng)用的工程技術(shù)人員參考。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基，傳統(tǒng)制造業(yè)面臨著智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需要。國防安全、航空航天、汽車等重點制造領(lǐng)域?qū)Ω叨酥圃煅b備的需求不斷增加，產(chǎn)品、裝備和過程是智能制造落地實施的三個支點，其中裝備是難點。因為裝備設(shè)計與制造需要機械、電氣、自動控制等多領(lǐng)域協(xié)同，研發(fā)風(fēng)險大，開發(fā)周期長，生產(chǎn)成本高。
以高檔數(shù)控機床為代表的智能制造裝備，是復(fù)雜的機電一體化系統(tǒng)，必須以新的觀點來規(guī)劃和設(shè)計，才能降低研發(fā)風(fēng)險和成本，在實際生產(chǎn)中快速形成生產(chǎn)力并創(chuàng)造價值，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。這就不僅要聚焦于裝備的技術(shù)性能，還要關(guān)注人、生態(tài)環(huán)境、全生命周期效益、人機協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展等各個方面。數(shù)字孿生技術(shù)以其在高保真建模與仿真、物理與虛擬數(shù)據(jù)融合、全生命周期數(shù)據(jù)集成、網(wǎng)絡(luò)物理交互、數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)與分析等方面的獨特能力，成為智能制造裝備設(shè)計領(lǐng)域的核心技術(shù)和發(fā)展方向。
本書以數(shù)控機床為主要對象，面向智能制造裝備設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)，參考了大量國內(nèi)外相關(guān)資料，結(jié)合編寫組多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗和教學(xué)改革成果，采用“理論知識+項目實踐”的編寫方式，既介紹先進(jìn)的設(shè)計理念和知識，又著重于實踐應(yīng)用，將創(chuàng)新思想、創(chuàng)新方法、創(chuàng)新工具與專業(yè)理論和技術(shù)應(yīng)用相融合。各章首先介紹創(chuàng)新設(shè)計理念、方法、平臺工具，然后均精選對應(yīng)的“項目任務(wù)”，所選案例在選題上具有開放性，在應(yīng)用上具有典型性，在技術(shù)上體現(xiàn)先進(jìn)性。
本書共分七章。第1章簡要介紹制造業(yè)的發(fā)展，闡明智能制造裝備的重要地位和面臨的挑戰(zhàn)，介紹在新一代信息技術(shù)應(yīng)用背景下，數(shù)控機床的數(shù)字化設(shè)計、制造與管理；第2章介紹數(shù)字孿生技術(shù)及其在制造、醫(yī)療、智慧城市領(lǐng)域的典型應(yīng)用，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用做了概括；第3章以數(shù)控機床為例，介紹制造裝備設(shè)計的基本理論以及數(shù)字孿生驅(qū)動的創(chuàng)新設(shè)計，介紹TＲIZ理論及其在設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用；第4章介紹數(shù)控機床主要的設(shè)計要求和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和方法，介紹機床的總體結(jié)構(gòu)和運動配置設(shè)計，主運動系統(tǒng)和進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計方法；第5章介紹電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計原則和設(shè)計內(nèi)容，并結(jié)合實例，給出電氣控制系統(tǒng)圖的設(shè)計；第6章介紹數(shù)字孿生驅(qū)動的機電一體化協(xié)同設(shè)計，介紹機械創(chuàng)新設(shè)計的要求和建模要點，控制系統(tǒng)的建模方法以及機電耦合模型，給出數(shù)控機床的機電一體化設(shè)計及虛擬調(diào)試案例；第7章從使用制造裝備進(jìn)行零部件生產(chǎn)的維度，介紹數(shù)字孿生驅(qū)動的數(shù)字化生產(chǎn)過程。
西門子數(shù)控（南京）有限公司高級工程師陳勇、西門子創(chuàng)新與發(fā)展部專家楊軼峰為本書的編寫提供了切實的建議和最新的技術(shù)資料，使本書的內(nèi)容真正聯(lián)系行業(yè)技術(shù)發(fā)展和工程實踐。本書由汪木蘭教授主審，并提出了許多寶貴的修改意見和建議，在此表示衷心的感謝。本書的編寫工作得到了南京工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、老師的關(guān)心和支持，李耀老師為本書的編寫提供了有價值的參考資料。編寫過程中參閱了國內(nèi)外相關(guān)教材和其他資料，在此對相關(guān)作者謹(jǐn)致謝意。
由于編者的學(xué)識水平和實踐經(jīng)驗有限，書中難免存在不妥之處，懇請讀者不吝指正。

編者

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