第1章 緒論001 1.1 智能設(shè)計(jì)基本概念001 1.2 智能設(shè)計(jì)的歷史演進(jìn)及技術(shù)背景003 1.3 智能設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及外延005 1.4 智能設(shè)計(jì)在智能制造中的作用007 1.5 智能設(shè)計(jì)與增材制造前沿009 1.6 本書組織架構(gòu)010 參考文獻(xiàn)012 第2章 智能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)014 2.1 智能設(shè)計(jì)方法014 2.1.1 遺傳算法014 2.1.2 粒子群優(yōu)化方法018 2.1.3 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法019 2.1.4 線性支持向量機(jī)020 2.2 智能設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)022 2.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)022 2.2.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)026 2.2.3 知識(shí)圖譜031 2.2.4 生成式人工智能模型034 2.2.5 機(jī)器學(xué)習(xí)036 2.2.6 深度學(xué)習(xí)039 2.3 數(shù)字化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)041 2.3.1 幾何建模與裝配042 2.3.2 物理建模仿真與優(yōu)化045 2.3.3 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃048 2.3.4 逆向工程技術(shù)052 2.4 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)057 2.4.1 云計(jì)算與邊緣計(jì)算057 2.4.2 物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)062 2.4.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)與協(xié)同制造平臺(tái)064 2.4.4 網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)保護(hù)068 2.5 智能化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)070 2.5.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)范式070 2.5.2 算法賦能的創(chuàng)新機(jī)理072 2.5.3 實(shí)時(shí)反饋的交互機(jī)制075 2.5.4 自主進(jìn)化的系統(tǒng)架構(gòu)077 2.5.5 虛擬樣機(jī)系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)080 參考文獻(xiàn)085 第3章 面向智能設(shè)計(jì)的增材制造基礎(chǔ)086 3.1 增材制造技術(shù)概述086 3.1.1 增材制造的基本原理086 3.1.2 增材制造技術(shù)特點(diǎn)087 3.1.3 增材制造與智能設(shè)計(jì)前沿創(chuàng)新089 3.2 增材制造核心技術(shù)094 3.2.1 增材制造的技術(shù)分類、設(shè)備及材料094 3.2.2 關(guān)鍵核心部件及技術(shù)原理096 3.2.3 增材制造的數(shù)值模擬105 3.2.4 增材制造的工藝規(guī)劃108 3.3 增材制造智能設(shè)計(jì)準(zhǔn)則110 3.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則110 3.3.2 支撐設(shè)計(jì)準(zhǔn)則112 3.3.3 聚合物零件的增材制造準(zhǔn)則113 3.3.4 金屬零件的增材制造準(zhǔn)則117 3.4 智能設(shè)計(jì)與增材制造的協(xié)同制造118 參考文獻(xiàn)121 第4章 面向增材制造的數(shù)字化設(shè)計(jì)123 4.1 醫(yī)療康復(fù)器械的參數(shù)化設(shè)計(jì)123 4.1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)與約束驅(qū)動(dòng)建模123 4.1.2 復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)126 4.1.3 生機(jī)電一體化智能矯形器設(shè)計(jì)及制造131 4.2 面向增材制造的生物力學(xué)模擬與仿真136 4.2.1 基于仿真的優(yōu)化建模流程136 4.2.2 人體骨骼/關(guān)節(jié)的仿生結(jié)構(gòu)建模139 4.2.3 生物力學(xué)仿真與迭代優(yōu)化141 4.3 數(shù)字化建模的模型預(yù)測(cè)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化145 4.3.1 磨粒流工藝的流體動(dòng)力學(xué)仿真方法145 4.3.2 磨粒流磨削量預(yù)測(cè)模型149 4.3.3 磨粒流拋光結(jié)構(gòu)優(yōu)化152 4.4 面向增材制造的多尺度與多物理場建模技術(shù)156 4.4.1 功能梯度一體化模型設(shè)計(jì)與制造156 4.4.2 基于多物理場建模的智能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用158 參考文獻(xiàn)168 第5章 面向增材制造的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)170 5.1 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)170 5.1.1 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)范式框架170 5.1.2 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)解析171 5.2 增材制造擁抱大數(shù)據(jù)177 5.2.1 面向增材制造的大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)框架177 5.2.2 多模態(tài)數(shù)據(jù)采集體系179 5.2.3 全生命周期數(shù)據(jù)應(yīng)用185 5.3 云邊協(xié)同創(chuàng)新186 5.3.1 云邊協(xié)同技術(shù)體系架構(gòu)186 5.3.2 云端協(xié)同優(yōu)化技術(shù)187 5.3.3 面向增材制造的云端協(xié)同188 5.4 區(qū)塊鏈賦能增材制造190 5.4.1 基于區(qū)塊鏈的共享增材制造190 5.4.2 面向知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生命周期管理194 5.5 網(wǎng)絡(luò)安全196 5.5.1 三維防護(hù)架構(gòu)196 5.5.2 核心技術(shù)198 參考文獻(xiàn)200 第6章 面向增材制造的智能化設(shè)計(jì)202 6.1 面向增材制造的智能化設(shè)計(jì)范式框架202 6.1.1 智能化設(shè)計(jì)范式框架202 6.1.2 智能設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)增材制造的影響203 6.1.3 增材制造約束建模205 6.2 智能設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)208 6.2.1 通用技術(shù)體系208 6.2.2 前沿技術(shù)突破210 6.2.3 AM 與智能設(shè)計(jì)技術(shù)融合創(chuàng)新211 6.3 AIGC 驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品創(chuàng)新212 6.3.1 生成式AI 技術(shù)及DeepSeek 應(yīng)用213 6.3.2 跨模態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)221 6.3.3 AIGC 驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品全流程設(shè)計(jì)223 6.4 面向增材制造的智能設(shè)計(jì)案例226 6.4.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能設(shè)計(jì)案例226 6.4.2 算法賦能智能設(shè)計(jì)案例233 6.4.3 實(shí)時(shí)反饋智能設(shè)計(jì)案例240 6.4.4 自主進(jìn)化智能設(shè)計(jì)案例242 參考文獻(xiàn)250 第7章 面向增材制造的數(shù)字孿生與虛擬現(xiàn)實(shí)252 7.1 數(shù)字孿生技術(shù)252 7.1.1 數(shù)字孿生基本概念252 7.1.2 數(shù)字孿生的集成架構(gòu)254 7.1.3 增材制造中實(shí)施數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)254 7.1.4 面向增材制造的數(shù)字孿生系統(tǒng)259 7.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)262 7.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述262 7.2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)構(gòu)成263 7.2.3 增材制造應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的核心技術(shù)264 7.2.4 面向增材制造的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)265 7.3 數(shù)字孿生在智能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用267 7.3.1 數(shù)字孿生增材制造267 7.3.2 數(shù)字孿生車間的智能應(yīng)用269 7.3.3 數(shù)字孿生醫(yī)療系統(tǒng)272 7.3.4 數(shù)字孿生車輛系統(tǒng)274 7.4 虛擬現(xiàn)實(shí)在智能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用275 7.4.1 虛擬數(shù)字人275 7.4.2 虛擬康復(fù)醫(yī)療278 7.4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)遺產(chǎn)保護(hù)279 7.4.4 虛擬現(xiàn)實(shí)博物館281 7.4.5 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的交互模擬283 參考文獻(xiàn)285 第8章 面向增材制造的智能檢測(cè)系統(tǒng)與智慧工廠287 8.1 面向增材制造的智能檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)287 8.1.1 機(jī)器視覺與傳感器技術(shù)287 8.1.2 基于YOLO 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)AI 模型290 8.2 增材制造智能檢測(cè)應(yīng)用294 8.2.1 增材制造智能檢測(cè)系統(tǒng)294 8.2.2 增材制造產(chǎn)品檢測(cè)案例295 8.2.3 多尺度缺陷檢測(cè)技術(shù)案例297 8.2.4 增材制造實(shí)時(shí)過程監(jiān)測(cè)案例299 8.3 面向增材制造的智慧工廠303 參考文獻(xiàn)306 第9章 面向增材制造的智能設(shè)計(jì)未來308 9.1 增材制造驅(qū)動(dòng)科技革命308 9.1.1 增材制造助力商業(yè)航天與低空經(jīng)濟(jì)308 9.1.2 增材制造驅(qū)動(dòng)6G 通信和自動(dòng)駕駛310 9.1.3 增材制造人形機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)的突破性應(yīng)用311 9.1.4 增材制造技術(shù)賦能量子科技領(lǐng)域314 9.2 生物增材制造的智能躍遷315 9.2.1 從細(xì)胞打印到器官再造315 9.2.2 增材制造可降解智能藥控系統(tǒng)318 9.2.3 增材制造實(shí)現(xiàn)智慧養(yǎng)老新方案320 參考文獻(xiàn)322