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智能复杂产品融合了多学科、多领域前沿技术，是带动产业升级的重要引擎。本教材介绍了智能互联产品、智能网联汽车、航空发动机、光刻机、计算机断层扫描仪（CT）、磁共振成像（MRI）装备、手术机器人等典型高端装备的发展历程、构造原理、最新成果和未来发展趋势，揭示了智能复杂产品学科交叉、集成创新的鲜明特性，即在智能复杂产品的发展过程中，往往一方面牵引相关技术和基础理论的发展，另一方面逐步集成更多领域的新技术，从而推动相关产业及其生态的发展。
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智能复杂产品融合了多学科、多领域前沿技术，是带动产业升级的重要引擎。本教材介绍了智能互联产品、智能网联汽车、航空发动机、光刻机、计算机断层扫描仪（CT）、磁共振成像（MRI）装备、手术机器人等典型高端装备的发展历程、构造原理、最新成果和未来发展趋势，揭示了智能复杂产品学科交叉、集成创新的鲜明特性，即在智能复杂产品的发展过程中，往往一方面牵引相关技术和基础理论的发展，另一方面逐步集成更多领域的新技术，从而推动相关产业及其生态的发展。本教材内容广泛，突出核心原理和关键技术的阐述，特别是研发过程中的多学科集成创新方法，可作为高等院校高端装备智能制造及相关专业的本科生、研究生的教材，也可作为高端装备制造与相关核心技术研发的研究人员、技术人员与管理人员的专业参考书籍。
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前言第1章绪论111什么是高端装备1111高端装备定义1112高端装备对经济社会的影响212高端装备的发展过程3121高端装备的构想3122高端装备的发明4123高端装备的产业应用5124高端装备的迭代升级5125高端装备的淘汰613高端装备的分类7131高端装备的产业应用分类7132高端装备的功能形态分类8133高端装备的核心理论技术分类914高端装备的基本结构9141系统论视角下的高端装备10142高端装备主要架构1115本书基本结构14151典型高端装备案例14152本书章节安排17本章小结17思考题17第2章高端装备构造的基础理论18导语1821先进材料技术18211材料结构的基本理论18212材料组织结构与性能控制技术基础22213材料及应用2422精密测量与控制技术28221单一物理信息传感28222精密测量系统31223控制技术34224智能传感与控制技术3823精密制造与装配技术39231机床与夹具39232机械加工工艺过程及其控制41233其他制造工艺技术44234装配工艺技术4824装备控制软件系统50241总线通信50242系统软件功能51243系统数据管理53244系统交互设计56245互联网功能57246高端装备操作系统安全管理5925可靠性技术61251可靠性模型61252可靠性分析64253失效模式、机理和影响分析66254可靠性设计68本章小结72思考题72参考文献73第3章光刻机构造原理75导语7531概述75311光刻与集成电路的发明75312光刻工艺在集成电路制造中的作用77313集成电路的发展与摩尔定律78314光刻技术的发展历程8132工作原理83321投影式光刻机整机基本结构83322光刻机主要性能指标8533光源系统的构造原理88331光源系统发展历程和应用工艺节点88332汞灯光源的构造与发光原理90333DUV光源的构造与发光原理92334EUV光源的构造与发光原理9534光学系统的构造原理102341照明系统102342投影系统11035工件台系统的构造原理119351工件台系统的功能、结构和主要工作流程119352硅片承载与运动子系统121353测量与校准子系统122354对准、调平与补偿子系统12536最新研究进展与发展启示129361最新研究进展129362发展启示131本章小结131思考题132参考文献132第4章航空发动机构造原理137导语13741概述137411航空发动机的作用与特点137412航空发动机的发展历程13842工作原理144421航空发动机的工作原理144422航空发动机典型类型与特点14743核心机构造与原理151431压气机的基本构成与增压原理151432主燃烧室的基本构成与工作原理153433涡轮的基本构成与工作原理15644加力燃烧室和喷管的构造原理164441加力燃烧室164442喷管16645其他关键分系统的构造原理167451进气道167452燃油控制系统169453起动点火系统170454润滑系统17446最新研究进展与发展启示177461最新研究进展177462发展启示179本章小结179思考题180参考文献180第5章高端手术机器人构造原理181导语18151高端手术机器人概述181511手术机器人临床需求181512手术机器人发展历程183513手术机器人分类186514手术机器人发展规律18952工作原理190521腔镜手术机器人系统架构191522手术机器人体内感知原理193523手术机器人的运动学原理197524手术机器人主从控制原理200525手术机器人能量器械原理20253手术端子系统构造原理204531手术端子系统204532手术端机械臂构型206533手术端末端器械209534电动机与数控21154医生控制子系统构造原理212541主手机械结构212542主手控制框架214543主从操控模块217544主从力反馈22255影像处理子系统构造原理224551手术图像采集模块224552手术图像传输与显示226553手术图像的处理22956高端手术机器人其他子系统构造原理234561高端手术机器人术前规划子系统234562高端手术机器人安全控制子系统23757高端手术机器人研究新进展与发展启示239571高端手术机器人研究新进展239572高端手术机器人发展启示240本章小结241思考题242参考文献242第6章计算机断层扫描仪构造原理247导语24761概述247611首台CT247612各代CT仪250613螺旋CT252614多排CT254615其他CT技术25562工作原理256621基础知识256622CT的基本原理259623滤波反投影算法261624扇形束重建264625锥形束重建265626螺旋CT重建26663X射线管与高压发生器的构造原理268631X射线管的发展268632X射线管的技术指标271633X射线管的高压发生器273634X射线管与高压发生器的常见故障27564X射线探测器的构造原理277641探测器的发展历程277642探测器的功能与类型277643探测器的技术指标280644探测器相关故障及维护28365图像表征与校正系统构造原理284651数据采集与图像显示284652性能参数285653伪影产生与校正28866其他关键部件的构造原理292661集电环292662准直器293663过滤器294664检查床294665机架29567CT研究新进展与发展启示296671CT研究新进展296672CT发展启示298本章小结299思考题299参考文献300第7章磁共振成像装备构造原理301导语30171概述301711磁共振成像简介301712磁共振成像发展历程302713现代磁共振成像装备30472物理原理与装备结构305721物理原理305722装备结构31573磁体系统的构造原理317731磁场、电磁现象和人体磁化317732磁体系统分类与评价指标32074射频系统的构造原理323741射频系统的原理323742射频系统的组成326743射频系统的射频线圈基本设计32975梯度系统的构造原理335751梯度系统的原理335752梯度系统的组成341753梯度系统的性能指标34476其他关键分系统的构造原理345761谱仪系统的构造原理345762控制台系统的构造原理34777磁共振成像装备研究新进展与发展启示348771磁共振成像装备研究新进展348772磁共振成像装备发展启示349本章小结350思考题351参考文献351总结与展望353
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为了深入贯彻教育、科技、人才一体化推进的战略思想，加快发展新质生产力，高质量培养卓越工程师，在新一代信息技术、绿色环保、新材料、国土空间规划、智能网联和新能源汽车、航空航天、高端装备制造、重型燃气轮机、新能源、生物产业、生物育种、未来产业等领域组织编写了一批战略性新兴领域“十四五”高等教育系列教材。本套教材属于高端装备制造领域。高端装备技术含量高，涉及学科多，资金投入大，风险控制难，服役寿命长，其研发与制造一般需要组织跨部门、跨行业、跨地域的力量才能完成。它可分为基础装备、专用装备和成套装备，例如：高端数控机床、高端成形装备和大规模集成电路制造装备等是基础装备；航空航天装备、高速动车组、海洋工程装备和医疗健康装备等是专用装备；大型冶金装备、石油化工装备等是成套装备。复杂产品的产品构成、产品技术、开发过程、生产过程、管理过程都十分复杂，例如人形机器人、智能网联汽车、生成式人工智能等都是复杂产品。现代高端装备和复杂产品一般都是智能互联产品，既具有用户需求的特异性、产品技术的创新性、产品构成的集成性和开发过程的协同性等产品特征，又具有时代性和永恒性、区域性和全球性、相对性和普遍性等时空特征。高端装备和复杂产品制造业是发展新质生产力的关键，是事关国家经济安全和国防安全的战略性产业，其发展水平是国家科技水平和综合实力的重要标志。高端装备一般都是复杂产品，而复杂产品并不都是高端装备。高端装备和复杂产品在研发生产运维全生命周期过程中具有很多共性特征。本套教材围绕这些特征，以多类高端装备为主要案例，从培养卓越工程师的战略性思维能力、系统性思维能力、引领性思维能力、创造性思维能力的目标出发，重点论述高端装备智能制造的基础理论、关键技术和创新实践。在论述过程中，力图体现思想性、系统性、科学性、先进性、前瞻性、生动性相统一。通过相关课程学习，希望学生能够掌握高端装备的构造原理、数字化网络化智能化技术、系统工程方法、智能研发生产运维技术、智能工程管理技术、智能工厂设计与运行技术、智能信息平台技术和工程实验技术，更重要的是希望学生能够深刻感悟和认识高端装备智能制造的原生动因、发展规律和思想方法。1高端装备智能制造的原生动因所有的高端装备都有原始创造的过程。原始创造的动力有的是基于现实需求，有的来自潜在需求，有的是顺势而为，有的则是梦想驱动。下面以光刻机、计算机断层扫描仪（CT）、汽车、飞机为例，分别加以说明。光刻机的原生创造是由现实需求驱动的。1952年，美国军方指派杰伊·拉斯罗普（Jay WLathrop）和詹姆斯·纳尔（James RNall）研究减小电子电路尺寸的技术，以便为炸弹、炮弹设计小型化近炸引信电路。他们创造性地应用摄影和光敏树脂技术，在一片陶瓷基板上沉积了约为200μm宽的薄膜金属线条，制作了含有晶体管的平面集成电路，并率先提出了“光刻”概念和原始工艺。在原始光刻技术的基础上，又不断地吸纳更先进的光源技术、高精度自动控制技术、新材料技术、精密制造技术等，推动着光刻机快速演进发展，为实现半导体先进制程节点奠定了基础。CT的创造是由潜在需求驱动的。利用伦琴（Wilhelm CRntgen）发现的X射线可以获得人体内部结构的二维图像，但三维图像更令人期待。塔夫茨大学教授科马克（Allan MCormack）在研究辐射治疗时，通过射线的出射强度求解出了组织对射线的吸收系数，解决了CT成像的数学问题。英国电子与音乐工业公司工程师豪斯费尔德（Godfrey NHounsfield）在几乎没有任何实验设备的情况下，创造条件研制出了世界上第一台CT原型机，并于1971年成功应用于疾病诊断。他们也因此获得了1979年诺贝尔生理学或医学奖。时至今日，新材料技术、图像处理技术、人工智能技术等诸多先进技术已经广泛地融入CT之中，显著提升了CT的性能，扩展了CT的功能，对保障人民生命健康发挥了重要作用。汽车的发明是顺势而为的。1765年瓦特（James Watt）制造出了第一台有实用价值的蒸汽机原型，人们自然想到如何把蒸汽机和马力车融合到一起，制造出用机械力取代畜力的交通工具。1769年法国工程师居纽（NicolasJoseph Cugnot）成功地创造出世界上第一辆由蒸汽机驱动的汽车。这一时期的汽车虽然效率低下、速度缓慢，但它展示了人类对机械动力的追求和变革传统交通方式的渴望。19世纪末卡尔·本茨（Karl Benz）在蒸汽汽车的基础上又发明了以内燃机为动力源的现代意义上的汽车。经过一个多世纪的技术进步和管理创新，特别是新能源技术和新一代信息技术在汽车产品中的成功应用，汽车的安全性、可靠性、舒适性、环保性以及智能化水平都产生了质的跃升。飞机的发明是梦想驱动的。飞行很早就是人类的梦想，然而由于未能掌握升力产生及飞行控制的机理，工业革命之前的飞行尝试都是以失败告终。1799年乔治·凯利（George Cayley）从空气动力学的角度分析了飞行器产生升力的规律，并提出了现代飞机“固定翼+机身+尾翼”的设计布局。1848年斯特林费罗（John Stringfellow）使用蒸汽动力无人飞机第一次实现了动力飞行。1903年莱特兄弟（Orville Wright和Wilbur Wright）制造出“飞行者一号”飞机，并首次实现由机械力驱动的持续且受控的载人飞行。随着航空发动机和航空产业的快速发展，飞机已经成为一类既安全又舒适的现代交通工具。数字化网络化智能化技术的快速发展为高端装备的原始创造和智能制造的升级换代创造了历史性机遇。智能人形机器人、通用人工智能、智能卫星通信网络、各类无人驾驶的交通工具、无人值守的全自动化工厂，以及取之不尽的清洁能源的生产装备等都是人类科学精神和聪明才智的迸发，它们也是由于现实需求、潜在需求、情怀梦想和集成创造的驱动而初步形成和快速发展的。这些星星点点的新装备、新产品、新设施及其制造模式一定会深入发展和快速拓展，在不远的将来一定会融合成为一个完整的有机体，从而颠覆人类现有的生产方式和生活方式。2高端装备智能制造的发展规律在高端装备智能制造的发展过程中，原始科学发现和颠覆性技术创新是最具影响力的科技创新活动。原始科学发现侧重于对自然现象和基本原理的探索，它致力于揭示未知世界，拓展人类的认知边界，这些发现通常来自基础科学领域，如物理学、化学、生物学等，它们为新技术和新装备的研发提供了理论基础和指导原则。颠覆性技术创新则侧重于将科学发现的新理论新方法转化为现实生产力，它致力于创造新产品、新工艺、新模式，是推动高端装备领域高速发展的引擎，它能够打破现有技术路径的桎梏，创造出全新的产品和市场，引领高端装备制造业的转型升级。高端装备智能制造的发展进化过程有很多共性规律，例如：①通过工程构想拉动新理论构建、新技术发明和集成融合创造，从而推动高端装备智能制造的转型升级，同时还会产生技术溢出效应；②通过不断地吸纳、改进、融合其他领域的新理论新技术，实现高端装备及其制造过程的升级换代，同时还会促进技术再创新；③高端装备进化过程中各供给侧和各需求侧都是互动发展的。以医学核磁共振成像（MRI）装备为例，这项技术的诞生和发展，正是源于一系列重要的原始科学发现和重大技术创新。MRI技术的根基在于核磁共振现象，其本质是原子核的自旋特性与外磁场之间的相互作用。1946年美国科学家布洛赫（Felix Bloch）和珀塞尔（Edward MPurcell）分别独立发现了核磁共振现象，并因此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。传统的MRI装备使用永磁体或电磁体，磁场强度有限，扫描时间较长，成像质量不高，而超导磁体的应用是MRI技术发展史上的一次重大突破，它能够产生强大的磁场，显著提升了MRI的成像分辨率和诊断精度，将MRI技术推向一个新的高度。快速成像技术的出现，例如回波平面成像（EPI）技术，大大缩短了MRI扫描时间，提高了患者的舒适度，拓展了MRI技术的应用场景。功能性MRI（fMRI）的兴起打破了传统的MRI主要用于观察人体组织结构的功能制约，它能够检测脑部血氧水平的变化，反映大脑的活动情况，为认知神经科学研究提供了强大的工具，开辟了全新的应用领域。MRI装备的成功，不仅说明了原始科学发现和颠覆性技术创新是高端装备和智能制造发展的巨大推动力，而且阐释了高端装备智能制造进化过程往往遵循着“实践探索、理论突破、技术创新、工程集成、代际跃升”循环演进的一般发展规律。高端装备智能制造正处于一个机遇与挑战并存的关键时期。数字化网络化智能化是高端装备智能制造发展的时代要求，它既蕴藏着巨大的发展潜力，又充满着难以预测的安全风险。高端装备智能制造已经呈现出“数据驱动、平台赋能、智能协同和绿色化、服务化、高端化”的诸多发展规律，我们既要向强者学习，与智者并行，吸纳人类先进的科学技术成果，更要持续创新前瞻思维，积极探索前沿技术，不断提升创新能力，着力创造高端产品，走出一条具有特色的高质量发展之路。3高端装备智能制造的思想方法高端装备智能制造是一类具有高度综合性的现代高技术工程。它的鲜明特点是以高新技术为基础，以创新为动力，将各种资源、新兴技术与创意相融合，向技术密集型、知识密集型方向发展。面对系统性、复杂性不断加强的知识性、技术性造物活动，必须以辩证的思维方式审视工程活动中的问题，从而在工程理论与工程实践的循环推进中，厘清与推动工程理念与工程技术深度融合、工程体系与工程细节协调统一、工程规范与工程创新互相促进、工程队伍与工程制度共同提升，只有这样才能促进和实现工程活动与自然经济社会的和谐发展。高端装备智能制造是一类十分复杂的系统性实践过程。在制造过程中需要协调人与资源、人与人、人与组织、组织与组织之间的关系，所以系统思维是指导高端装备智能制造发展的重要方法论。系统思维具有研究思路的整体性、研究方法的多样性、运用知识的综合性和应用领域的广泛性等特点，因此在运用系统思维来研究与解决现实问题时，需要从整体出发，充分考虑整体与局部的关系，按照一定的系统目的进行整体设计、合理开发、科学管理与协调控制，以期达到总体效果最优或显著改善系统性能的目标。高端装备智能制造具有巨大的包容性和与时俱进的创新性。近几年，数字化、网络化、智能化的浪潮席卷全球，为高端装备智能制造的发展注入了前所未有的新动能，以人工智能为典型代表的新一代信息技术在高端装备智能制造中具有极其广阔的应用前景。它不仅可以成为高端装备智能制造的一类新技术工具，还有可能成为指导高端装备智能制造发展的一种新的思想方法。作为一种强调数据驱动和智能驱动的思想方法，它能够促进企业更好地利用机器学习、深度学习等技术来分析海量数据、揭示隐藏规律、创造新型制造范式，指导制造过程和决策过程，推动制造业从经验型向预测型转变，从被动式向主动式转变，从根本上提高制造业的效率和效益。生成式人工智能（AIGC）已初步显现通用人工智能的“星星之火”，正在日新月异地发展，对高端装备智能制造的全生命周期过程以及制造供应链和企业生态系统的构建与演化都会产生极其深刻的影响，并有可能成为一种新的思想启迪和指导原则。例如：①AIGC能够赋予企业更强大的市场洞察力，通过海量数据分析，精准识别用户偏好，预测市场需求趋势，从而指导企业研发出用户未曾预料到的创新产品，提高企业的核心竞争力；②AIGC能够通过分析生产、销售、库存、物流等数据，提出制造流程和资源配置的优化方案，并通过预测市场风险，指导建设高效灵活稳健的运营体系；③AIGC能够将企业与供应商和客户连接起来，实现信息实时共享，提升业务流程协同效率，并实时监测供应链状态，预测潜在风险，指导企业及时调整协同策略，优化合作共赢的生态系统。高端装备智能制造的原始创造和发展进化过程都是在“科学、技术、工程、产业”四维空间中进行的，特别是近年来从新科学发现、到新技术发明、再到新产品研发和新产业形成的循环发展速度越来越快，科学、技术、工程、产业之间的供求关系明显地表现出供应链的特征。我们称由科学技术工程产业交互发展所构成的供应链为科技战略供应链。深入研究科技战略供应链的形成与发展过程，能够更好地指导我们发展新质生产力，能够帮助我们回答高端装备是如何从无到有的、如何发展演进的、根本动力是什么、有哪些基本规律等核心科学问题，从而促进高端装备的原始创造和创新发展。本套由合肥工业大学负责的高端装备类教材共有12本，涵盖了高端装备的构造原理和智能制造的相关技术方法。《智能制造概论》对高端装备智能制造过程进行了简要系统的论述，是本套教材的总论。《工业大数据与人工智能》《工业互联网技术》《智能制造的系统工程技术》论述了高端装备智能制造领域的数字化网络化智能化和系统工程技术，是高端装备智能制造的技术与方法基础。《高端装备构造原理》《智能网联汽车构造原理》《智能装备设计生产与运维》《智能制造工程管理》论述了高端装备（复杂产品）的构造原理和智能制造的关键技术，是高端装备智能制造的技术本体。《离散型制造智能工厂设计与运行》《流程型制造智能工厂设计与运行：制造循环工业系统》论述了智能工厂和工业循环经济系统的主要理论和技术，是高端装备智能制造的工程载体。《智能制造信息平台技术》论述了产品、制造、工厂、供应链和企业生态的信息系统，是支撑高端装备智能制造过程的信息系统技术。《智能制造实践训练》论述了智能制造实训的基本内容，是培育创新实践能力的关键要素。编者在教材编写过程中，坚持把培养卓越工程师的创新意识和创新能力的要求贯穿到教材内容之中，着力培养学生的辩证思维、系统思维、科技思维和工程思维。教材中选用了光刻机、航空发动机、智能网联汽车、CT、MRI、高端智能机器人等多种典型装备作为研究对象，围绕其工作原理和制造过程阐述高端装备及其制造的核心理论和关键技术，力图扩大学生的视野，使学生通过学习掌握高端装备及其智能制造的本质规律，激发学生投身高端装备智能制造的热情。在教材编写过程中，一方面紧跟国际科技和产业发展前沿，选择典型高端装备智能制造案例，论述国际智能制造的最新研究成果和最先进的应用实践，充分反映国际前沿科技的最新进展；另一方面，注重从我国高端装备智能制造的产业发展实际出发，以我国自主知识产权的可控技术、产业案例和典型解决方案为基础，重点论述我国高端装备智能制造的科技发展和创新实践，引导学生深入探索高端装备智能制造的中国道路，积极创造高端装备智能制造发展的中国特色，使学生将来能够为我国高端装备智能制造产业的高质量发展做出颠覆性创造性贡献。在本套教材整体方案设计、知识图谱构建和撰稿审稿直至编审出版的全过程中，有很多令人钦佩的人和事，我要表示最真诚的敬意和由衷的感谢！首先要感谢各位主编和参编学者们，他们倾注心力、废寝忘食，用智慧和汗水挖掘思想深度、拓展知识广度，展现出严谨求实的科学精神，他们是教材的创造者！接着要感谢审稿专家们，他们用深邃的科学眼光指出书稿中的问题，并耐心指导修改，他们认真负责的工作态度和学者风范为我们树立了榜样！再者，要感谢机械工业出版社的领导和编辑团队，他们的辛勤付出和专业指导，为教材的顺利出版提供了坚实的基础！最后，特别要感谢高教司和各主编单位领导以及部门负责人，他们给予的指导和对我们的支持，让我们有了强大的动力和信心去完成这项艰巨任务！由于编者水平所限和撰稿时间紧迫，教材中一定有不妥之处，敬请读者不吝赐教！合肥工业大学教授中国工程院院士2024年5月为了加强卓越工程师培养，组织成立了69支战略性新兴领域“十四五”高等教育系列教材体系建设团队，并开展相关教材编写工作。我们有幸承担了《高端装备构造原理》的编写任务。本教材首先介绍了高端装备产品研发迭代过程中的一般规律和相关基础理论技术，随后以光刻机、航空发动机、高端手术机器人、计算机断层扫描仪、磁共振成像装备等五类高端装备为案例，阐述高端装备的发展过程和构造原理，最后对高端装备的未来发展进行展望。高端装备是人类科技文明发展最珍贵的人造物，是人类认识自然规律、利用自然规律最极致的体现，是拓展人类能力边界的重要工具。高端装备的种类繁多，其核心理论与关键技术也各不相同，但无一不蕴含着人类科技最尖端的理论技术成果，是某个具体领域尖端科技的集大成者。高端装备的研发制造过程涉及材料、机械、电子、计算机、控制、管理等诸多学科，需要制造业各领域的共同支撑，拉动着尖端制造领域的不断进步，其最终产品又成了人类生产生活的重要基石，推动着人类经济社会的发展。高端装备的功能形态多种多样，满足着人类不同领域的重大需求，但抛开技术形态的差异，不同领域的高端装备却有着相似的发展演化规律，例如重大需求的牵引、基础理论的支撑、颠覆性创新的跃进、跨领域知识的融合等。深刻认识高端装备的发展演化规律，明晰高端装备的构造原理，是每一位从事高端装备智能制造的卓越工程师应当具备的重要素质，更是孕育世界领先的高端装备必不可少的基础能力。为了培养高端装备智能制造领域的卓越工程师，本教材通过多类高端装备构造原理的案例学习与相互印证，剖析典型高端装备的技术构成，带领学生认识高端装备构想酝酿、雏形发明、产业应用、迭代升级、淘汰消亡等全过程，指导学生感悟理解高端装备构造的基本原理、发展规律与思想方法。本教材共分7章。第1章主要介绍高端装备的基本属性特征、一般发展过程、常见分类原则、基本系统架构以及典型案例，为高端装备及其构造原理建立基本的认知框架。第2章主要介绍高端装备构建与制造过程的共性基础技术，为理解高端装备建立基础理论技术知识架构。第3章到第7章分别介绍光刻机、航空发动机、高端手术机器人、计算机断层扫描仪、磁共振成像装备等高端装备的发展演化过程、系统构造原理与分系统结构，为学习高端装备的基本原理、发展规律与思想方法提供核心知识与教学案例。最后，对整部教材进行总结与展望，启发学生对高端装备未来发展的思考与创新。本教材在编写过程中首先构思设计了整部教材的知识图谱，而后根据知识图谱中的知识点进行内容撰写，在撰写过程中不断依据实际撰写情况对知识图谱进行调整，最终完成知识图谱和教材的定稿。对于教材中介绍的每一类高端装备，均是以点面结合的方式进行知识图谱与核心内容的设计。在面上，力图覆盖该类高端装备的诞生和发展历程与已有技术形态，全面呈现高端装备发展的一般规律；在点上，深入剖析典型高端装备系统的底层技术及其集成方案，进而阐述高端装备系统的设计理念与知识体系。通过本教材的学习，期望学生能够掌握高端装备相关的知识体系，更重要的是领悟高端装备诞生演化的一般规律和思想方法。本教材由合肥工业大学杨善林教授、梁樑教授、李霄剑研究员、蔡正阳副研究员担任主编，由国家自然科学基金基础科学中心项目“智能互联系统的系统工程理论及应用”（72188101）资助。杨善林教授和梁樑教授共同拟定了本教材的学术思路，主持了本教材的结构体系与知识图谱设计，组织并指导了各章节的撰写。各章编写分工如下：第1章、第5章和总结与展望部分由李霄剑编写；第2章由向念文负责，参加编写的有向念文、许水清、还献华、王岩、张莹莹、陈薇、陈顺华、李奇越；第3章和第4章由蔡正阳负责，参与第3章编写的有蔡正阳、杨敏、丁晶晶、董骏峰、冯晨鹏，参与第4章编写的有蔡正阳、赵爽耀、郑汉东；第6章由欧阳波负责并编写；第7章由丁帅负责，参与第7章编写的有丁帅和宋程。全书由李霄剑统稿。本教材由庄松林院士、向巧院士、王树新院士、王振常院士主审，感谢众院士对本教材提出的宝贵意见。本教材可以作为高等院校机械工程、智能制造及相关专业的本科生、研究生的专业课教材，也可以作为高端装备制造与相关核心技术研发的研究人员、技术人员与管理人员的专业参考书籍，期望通过本教材的学习能够有力支持高端装备领域卓越工程师的培养，牵引未来科技领军人才与战略性科学家的诞生。本教材在保证知识结构完整性与系统性的基础上，始终紧扣数字化、网络化、智能化的时代发展特征，着力体现时代精神、反映最新进展。但由于编者水平与编写时间限制，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者不吝批评赐教！编者序
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