半导体制造系统智能调度 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴启迪，李莉，乔非，于青云 著

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• 半导体制造
• 智能调度
• 生产调度
• 制造系统
• 人工智能
• 优化算法
• 物流管理
• 工业工程
• 排程
• 供应链管理

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302391180

版次：1

商品编码：11678243

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-04-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

　　长期以来，调度问题一直是学术界与应用界的研究热点之一，而制造系统调度毫无疑问是众多调度问题中受关注多、研究时间长的一类问题。
　　本书将20年来国内外制造系统调度领域相关研究成果的总结和作者多年在制造系统调度特别是半导体制造系统智能调度领域的研究与应用成果的经验积累相结合，对复杂的半导体制造系统智能调度问题从理论到方法再到应用，全方位地进行了系统化论述。本书以半导体制造系统为研究对象，在全面分析其调度特点的基础上，详细解剖、分析半导体制造系统各类调度问题，运用智能化方法设计了相应的求解方案，并通过实例给出了各类调度问题智能化解决方案的实际使用方法。
　　与本书内容相关的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（批准号：61034004）、国家自然科学基金项目（批准号：51475334，61273046）、国家自然科学基金青年科学基金项目（批准号：50905129）以及同济大学青年英才计划项目（0800219252）的资助。

内容简介

　　《半导体制造系统智能调度》以半导体制造系统为研究对象，在全面分析其调度特点的基础上，详细解剖、分析半导体制造系统各类调度问题，运用智能化方法设计了相应的求解方案，并通过实例给出了各类调度问题智能化解决方案的实际使用方法。本书在认真总结国内外多年的半导体制造系统智能调度研究成果的基础上，结合作者多年在制造系统智能调度，特别是半导体制造系统智能调度领域的研究与应用成果，对复杂的半导体制造系统智能调度问题从理论到方法再到应用进行了全方位、系统化的论述。
　　《半导体制造系统智能调度》可供从事半导体制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员，自动控制、工业工程等专业研究生和教师，制造管理及微电子制造行业生产管理或工程技术人员等阅读和参考。

作者简介

　　吴启迪，同济大学电子与信息工程学院教授、博士生导师，国务院学位委员会委员，中国工程教育认证协会理事长，上海系统仿真学会理事长，中国自动化学会特聘顾问，上海市信息化专家委员会主任，清华大学工程教育研究中心主任，IEEE高级会员。教育部原副部长，同济大学原校长。长期从事控制理论、控制工程与管理工程专业的教学、科研和管理工作。先后主持完成了国家、省部级科研项目30余项。出版专著10余部，发表学术论文200余篇。曾获国家科技进步二等奖（2005年和2007年），国家教育部科技进步一等奖（2004年和2006年），上海市技术发明一等奖（2012年），国家教学成果奖二等奖（2005年和2007年），中国高校科技进步奖，上海市科技进步奖，上海市教育成果奖等科研奖项20余项。先后获得“上海市三八红旗手”，“优秀留学回国人员”，“全国十大女杰”，“全国三八红旗手”，“新中国成立以来上海百位优秀女教师”等多项荣誉称号。

目录

第1章概述1
1.1半导体制造过程1
1.2半导体生产线运作总体框架7
1.2.1物理系统7
1.2.2信息系统10
1.3半导体生产线调度11
1.3.1调度特点11
1.3.2调度类型与调度方法13
1.3.3评价指标16
1.4半导体制造系统调度体系结构18
1.4.1组件化可重构半导体生产线调度体系结构19
1.4.2半导体生产线调度仿真系统通用结构模型21
1.4.3基于数据的动态建模方法23
1.4.4组件化半导体生产线调度仿真系统24
1.5小结27
第2章智能化调度方法28
2.1计算智能简介28
2.1.1计算智能起源28
2.1.2计算智能的分类及特点29
2.2遗传算法30
2.2.1遗传算法简介30
2.2.2遗传算法求解流程31
2.2.3基于遗传算法的单机调度问题求解35
2.3免疫算法36
2.3.1免疫算法简介37
2.3.2免疫算法基本流程38
2.3.3基于免疫算法的多目标柔性作业车间调度问题求解39
2.4分布估计算法41
2.4.1分布估计算法简介41
2.4.2分布估计算法基本流程43
2.4.3基于分布估计算法的流水车间调度44
2.5蚁群优化算法46
2.5.1蚁群优化算法简介46
2.5.2蚁群优化算法模型及基本流程47
2.5.3基于蚁群优化算法的作业车间调度问题求解48
2.6Memetic算法50
2.6.1Memetic算法简介50
2.6.2Memetic算法求解流程50
2.6.3基于Memetic算法的车间动态调度问题求解55
2.7小结57
第3章智能化投料控制策略58
3.1概述58
3.1.1常用投料控制策略59
3.1.2改进的投料控制策略65
3.2混合智能优化投料控制策略66
3.2.1基于混合智能算法的投料控制68
3.2.2混合智能算法运行效果及性能分析73
3.3基于Memetic算法的投料控制策略77
3.3.1Memetic算法及SBOI平台介绍77
3.3.2基于SBOI平台的投料控制实例79
3.4小结87
第4章瓶颈设备智能化调度89
4.1约束理论89
4.1.1TOC的原理90
4.1.2TOC对生产系统的计划与控制步骤92
4.1.3TOC在生产计划与管理方面的优势95
4.2瓶颈设备识别方法96
4.2.1瓶颈设备定义97
4.2.2瓶颈设备定量识别算法99
4.2.3瓶颈设备辨识算法100
4.2.4瓶颈设备管理101
4.3基于GA的瓶颈设备调度方法102
4.3.1遗传算法的应用102
4.3.2基于GA的瓶颈设备调度验证107
4.4基于ACO的瓶颈设备调度方法112
4.4.1概述112
4.4.2Mini Fab半导体生产线调度问题113
4.4.3基于ACO算法的瓶颈区排程方法114
4.5小结120
第5章批加工设备智能调度121
5.1概述121
5.2批加工设备调度描述122
5.2.1单台批加工设备调度122
5.2.2并行批加工设备调度125
5.2.3带有批加工设备的半导体生产线动态调度128
5.3基于ACO的批加工设备调度方法133
5.3.1概述133
5.3.2问题假设134
5.3.3基于ACO的半导体生产线批加工区调度方法135
5.4基于柔性ACO的批加工设备调度方法143
5.4.1柔性蚁群算法143
5.4.2需求分析148
5.4.3算法设计149
5.4.4算法实现149
5.5基于ACO ICSA的批加工设备调度151
5.5.1免疫克隆选择算法151
5.5.2基于ACO ICSA融合算法的单台批加工设备调度研究152
5.6小结159
第6章半导体生产线智能化调度方法161
6.1概述161
6.2基于ACO的单瓶颈半导体生产线调度方法164
6.2.1调度模型164
6.2.2基于蚁群算法的一体化调度165
6.2.3仿真分析171
6.3基于Multi ACO的多瓶颈半导体生产线调度方法174
6.3.1概述174
6.3.2Mini Fab半导体生产线调度问题175
6.3.3基于Multi ACO的多瓶颈加工区排程方法176
6.4基于ACO ICSA的多瓶颈半导体生产线调度方法181
6.4.1概述181
6.4.2Mini Fab半导体生产线调度问题181
6.4.3基于ACO ICSA的瓶颈区排程方法182
6.5小结186
附录A专业词语汇总表187附录B模型介绍191B.1HP24模型介绍191
B.2Mini Fab模型介绍193
B.3某6寸生产线简化模型介绍194
参考文献196

前言/序言

　　调度是一个相当普遍的问题，其本质是通过对有限资源的合理配置，寻求系统目标的最大化。由于资源（包括物质资源、时间资源）限制与目标（如产量、效率、速度等）追求之间存在着广泛且多样的客观矛盾，因此，长期以来，调度问题一直是学术界与应用界的研究热点之一。
　　尽管调度问题的实际表象有多种，如生产系统调度、交通运输调度、人员时间调度、项目进度调度等，但制造系统调度毫无疑问是众多调度问题中受关注最多、研究时间最长的一类问题。制造系统调度是企业生产活动组织和管理的中心，是提高企业综合效益的有效途径。它对提高企业生产管理水平、节省成本、改进服务质量、提高企业竞争力、快速收回投资以及获得更高的经济效益有着十分重要的意义。借助于先进的生产计划与调度方法，可以在不增加或少增加投入的基础上使企业提高产出，获得更大的利润及投资回报率。
　　自1954年约翰森发表了第一篇关于生产调度的经典论文以来，制造系统的调度问题经历了单机调度、多机调度、流水车间（Flow Shop）调度、作业车间（Job Shop）调度、柔性制造系统（Flexible Manufacturing System, FMS）调度等由简单到复杂的发展过程。其间，大量相关研究工作及成果的积累也进一步奠定了制造系统调度在调度研究领域中举足轻重的地位。如果说调度领域内许多早期的工作是在制造业的推动下发展起来的，那么不断产生于制造业的实际问题还在进一步为调度的研究与发展提出新的挑战。随着经典调度问题的四个基本假设（即单件加工方式、确定性、可运算性和单目标性）不断被突破，关于调度的研究重心已逐渐由经典调度问题移向新型调度问题。本书要重点讨论的半导体制造系统智能调度就属于这一类新型调度问题。
　　关于半导体制造系统的调度问题，作者早在十年前就有所关注，当时基于已有的对柔性制造系统（FMS）、离散事件动态系统（Discrete Event Dynamic System，DEDS）和Petri网等方面的研究基础，开始有意识地对这一领域的问题与现状加以跟踪了解和展开初步研究，并出版了《半导体制造系统调度》专著。最近几年，随着作者及所带领的研究团队的科研工作的逐步深入，以及计算智能理论的不断发展，对以半导体制造行业为典型代表的一类具有多重入特征的复杂制造过程的智能优化调度问题的研究进一步得以系统性地展开。不仅对该领域的理论、方法，特别是一些先进的智能化方法的研究内容与成果有了充分的调研和认识，还积累了一定的研究成果，并与典型半导体制造企业合作，在相关研究成果的应用实施方面进行了有益的探索尝试。本书就是在这些工作和成果的基础上撰写而成的。
　　本书将近20年来国内外的相关研究成果的总结和作者多年在制造系统调度特别是半导体制造系统智能调度领域的研究与应用成果的经验积累相结合，尝试对复杂的半导体制造系统智能调度问题从理论到方法再到应用，全方位地进行系统化论述。全书分为6章。
　　第1章是概述，主要介绍半导体制造过程、半导体生产线运作总体框架、半导体生产线调度以及半导体制造系统调度体系结构；第2章介绍智能化调度方法，主要包括遗传算法、免疫算法、分布式估计算法、蚁群算法和Memetic算法；第3章介绍智能化投料控制策略，着重论述混合智能优化投料控制策略和基于Memetic算法的投料控制策略；第4章论述瓶颈设备智能化调度，首先介绍约束理论和瓶颈设备识别等一些基本理论与方法，随后着重介绍基于GA的瓶颈设备调度方法和基于ACO的瓶颈设备调度方法；第5章是围绕批加工设备智能调度来展开的，重点介绍基于ACO的批加工设备调度方法、基于柔性ACO的批加工设备调度方法以及基于ACO ICSA的批加工设备调度方法；第6章紧扣本书主题，介绍半导体生产线智能化调度方法，依次对基于ACO的单瓶颈半导体生产线调度方法、基于Multi�睞CO的多瓶颈半导体生产线调度方法以及基于ACO�睮CSA的多瓶颈半导体生产线调度方法展开介绍。
　　本书面向从事半导体制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员，自动控制、工业工程等专业大专院校研究生和教师，制造管理及微电子制造行业生产管理或工程技术人员等，力求在半导体制造系统及其智能调度的理论、方法、技术及应用案例等方面为读者提供有价值的参考和辅助。为方便读者阅读，本书在编排方面，为每一章的章首都配加了简短的前言，并在书末汇总了英文缩略语的全称及解释。为了方便读者能够有针对性地进一步参考查阅，将本书的参考文献列于书末。在此向有关专家学者们表示感谢。
　　与本书内容相关的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（批准号： 61034004）、国家自然科学基金项目（批准号：51475334，61273046）、国家自然科学基金青年科学基金项目（批准号：50905129）以及同济大学青年英才计划项目（0800219252）的资助。在本书的编写过程中，倪嘉呈、许佳、孔维畅、李云峰、孙紫瑾、陈隆、徐辉等研究生参与了部分工作，在此作者谨向他们表示感谢。另外还要特别感谢清华大学出版社对本专著的大力支持，以及清华大学出版社张民老师等在书稿编辑出版过程中所给予的宝贵建议和付出的辛勤劳动。
　　半导体制造系统智能调度是具有NP特征的调度问题中的一类高度复杂而具挑战性的课题，随着国际上对这一类问题研究的不断深入，也应我国半导体制造产业的兴起与迅速发展的需要，有关的研究还在不断发展和完善之中，本书仅为作者近年来学习和研究的一个阶段性总结，其中难免会有不当甚至错误之处，敬请读者批评指正。
　　作者2015年1月

《精密制造的脉搏：现代工业的自动化与优化》 在现代工业飞速发展的浪潮中，效率、精度和成本控制已成为企业生存与发展的生命线。从航空航天到医疗器械，从汽车制造到电子产品，每一个环节的细微失误都可能导致巨大的经济损失和声誉损害。而驱动这一切高效运转的核心，正是那些精密、复杂且高度集成的制造系统。本书并非聚焦于某一特定行业或某一特定技术，而是深入探讨支撑起整个现代工业基石的——制造系统的设计、运作与优化。我们将一起揭示那些让工业生产从“作坊式”迈向“智能化”的幕后英雄，它们如何协同工作，如何被智慧地管理，从而实现前所未有的生产力提升。 第一章：制造系统的演进与核心要素 本章将带领读者回顾工业制造系统的发展历程，从蒸汽时代的机械化，到电力驱动的自动化，再到信息技术赋能的智能化。我们将剖析现代制造系统最基础的构成要素： 物质流与信息流的二元性： 探讨原材料如何转化为成品，以及支撑这一过程的订单、指令、数据等信息流的传递机制。理解两者如何相互依存、相互影响。 关键资源及其配置： 详细阐述制造系统中的核心资源，包括但不限于： 设备与产线： 不同类型设备的特性、功能、加工能力、可靠性以及它们如何组织成高效的生产线。 人力资源： 操作人员、技术工人、管理人员的角色与技能要求，以及他们与自动化设备的互动。 物料与库存： 原材料、半成品、成品的管理策略，如何平衡库存成本与生产需求。 能源与环境： 生产过程中的能源消耗、环境影响以及可持续制造的理念。 生产流程与工艺链： 分析产品从设计到交付的完整生产流程，包括各个工序的逻辑关系、先后顺序、并行处理的可能性，以及工艺链的优化对整体效率的影响。 第二章：自动化技术的基石：传感器、执行器与控制系统 要实现制造的精确与高效，自动化技术是不可或缺的。本章将深入讲解构成自动化系统的基础组件： 传感器： 覆盖各种类型的传感器，包括但不限于： 位置与位移传感器： 光电、接近、编码器等，用于精确感知物体的位置和运动。 力与压力传感器： 扭矩传感器、压力传感器等，用于监测和控制力的作用。 温度与湿度传感器： 确保生产环境和产品质量的稳定。 视觉传感器： 机器视觉在产品检测、定位、识别中的应用。 化学与生物传感器： 在特定行业中的应用。 执行器： 驱动物理动作的关键部件，如： 电机与驱动器： 提供动力，控制运动速度和方向。 液压与气动元件： 提供强大的力和精确的控制。 机械手与机器人： 实现自动化搬运、装配、焊接等复杂任务。 控制系统： 它们是如何将传感器的信息转化为执行器的指令，实现对制造过程的实时监控与调控： PLC（可编程逻辑控制器）： 工业自动化领域最基础的控制单元。 DCS（分布式控制系统）： 适用于大型复杂生产过程的集中监控与管理。 SCADA（监控与数据采集系统）： 远程监控和数据收集的核心。 嵌入式系统： 专用于特定设备或模块的控制。 第三章：数据驱动的智能制造：信息系统与互联互通 进入信息时代，制造系统不再是孤立运行的机器，而是融入了强大的信息网络，并以前所未有的速度产生和处理海量数据。本章将聚焦于信息系统在制造中的作用： 企业资源计划（ERP）系统： 贯穿企业运营的各个环节，包括生产、销售、采购、财务等，是制造系统信息化的基础。 制造执行系统（MES）： 连接ERP与车间现场的桥梁，实现生产过程的实时监控、数据采集、质量管理、设备管理和绩效分析。 产品生命周期管理（PLM）系统： 从产品设计、研发、生产到服务和报废的全生命周期管理，确保产品信息的一致性和可追溯性。 物联网（IoT）在制造中的应用： 讲解如何通过部署传感器和连接设备，实现设备状态的实时监控、预测性维护、远程诊断，以及生产数据的全面采集。 大数据分析与可视化： 探讨如何从海量生产数据中提取有价值的信息，进行趋势预测、瓶颈识别、效率优化，并通过直观的可视化工具呈现。 第四章：制造系统的优化与效率提升 再精密的系统也需要持续的优化才能保持最佳状态。本章将介绍提升制造系统效率和性能的多种策略与方法： 精益生产（Lean Manufacturing）原则： 探讨如何通过消除浪费（等待、运输、库存、过度生产、缺陷、动作、加工过度）来提高效率。 六西格玛（Six Sigma）方法论： 聚焦于降低生产过程中的变异，提升产品质量和过程稳定性。 约束理论（Theory of Constraints - TOC）： 识别并管理生产系统中的瓶颈，以提升整体产出。 仿真与建模技术： 利用计算机模拟制造系统的运行，预测不同参数设置下的结果，从而优化流程设计和资源配置。 流程再造与标准化： 对现有生产流程进行根本性的重新思考和设计，建立标准化的操作规程，减少人为错误。 供应链协同优化： 将制造系统置于更广阔的供应链环境中，实现上下游环节的无缝对接与协同优化。 第五章：面向未来的制造：智能化、柔性化与可持续性 展望未来，制造系统正朝着更加智能化、柔性化和可持续化的方向发展。本章将探讨这些前沿趋势： 人工智能（AI）与机器学习（ML）在制造中的应用： 讲解AI如何用于预测性维护、质量检测、生产计划优化、机器人自主学习等。 机器人与自动化协同（Cobots）： 人类与机器人协同工作，提升生产灵活性和效率。 增材制造（3D打印）： 颠覆传统制造模式，实现定制化、复杂结构的快速生产。 数字孪生（Digital Twin）： 创建物理实体在数字世界的精确副本，实现实时监控、模拟和优化。 柔性制造系统（FMS）与敏捷制造： 强调制造系统对市场需求变化的快速响应能力。 绿色制造与可持续发展： 探讨如何通过节能减排、资源循环利用等方式，构建环境友好的制造体系。 本书将为工程师、管理者、研究人员以及对现代工业生产流程感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角。通过对制造系统核心要素、自动化技术、信息系统以及优化策略的细致剖析，我们希望能够帮助读者更好地理解和驾驭当今及未来复杂多变的工业生产环境，共同推动制造业迈向更高质量、更高效率、更可持续的发展阶段。

评分☆☆☆☆☆

初读《半导体制造系统智能调度》，我以为会是艰深的技术论述，没想到作者的叙事方式如此流畅，仿佛在娓娓道来一个关于“效率革命”的故事。书中描绘的智能调度系统，在我看来，就像是半导体制造领域的一位“超级大脑”。它能够同时处理海量的信息，并根据实时反馈做出最明智的决策。我最欣赏的是书中对“非线性优化”的解释，这对于理解整个系统的复杂性至关重要。它不仅仅是简单地把任务分配下去，而是要考虑各种潜在的制约因素，以及不同任务之间的相互影响，最终找到一个全局最优的解决方案。我能想象到，在真实的生产环境中，如果依靠人工进行如此精密的调度，将会是多么困难和耗时。这本书让我深刻体会到了人工智能在现代工业生产中的巨大潜力，它不仅仅是自动化，更是智能化、精细化和前瞻性的结合。这本书的价值，体现在它为我们揭示了未来半导体制造的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，是一种全新的思考维度。以前我对半导体制造的印象，无非就是极高的精度和复杂的技术，但《半导体制造系统智能调度》却让我看到了其背后隐藏着的，一种深邃的“智慧”。作者用一种非常引人入胜的方式，将那些原本枯燥的算法和模型，转化成了一个个鲜活的“决策场景”。我感觉自己就像一个旁观者，看着这个智能调度系统如何在纷繁复杂的生产环境中，做出一个个“最优解”。它不是死板的指令，而是基于对海量数据的分析和学习，是一种“懂”生产的智慧。我印象深刻的是书中关于“预测性维护”的章节，它能提前告诉你哪台设备可能出现问题，并主动安排维修，这样一来，不仅减少了停机时间，还避免了更大的损失。这种“未雨绸缪”的能力，简直是太令人惊叹了。这本书让我明白，智能调度不仅仅是提高效率，更是一种对整个生产系统“生命周期”的管理和优化。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，怎么说呢，就像是一次深入骨髓的专业知识洗礼，让我这个门外汉都感觉醍醐灌顶。我原本对“智能调度”这个概念并没有太多具象的理解，只觉得它大概就是一种更聪明的排班方式。但《半导体制造系统智能调度》这本书，通过大量的案例分析和理论推导，彻底颠覆了我的认知。它不仅仅是讲调度，更是将整个半导体制造的生产流程、瓶颈、以及各种复杂因素都剖析得淋漓尽致。我特别喜欢书中对“调度瓶颈”的处理方法，以前总觉得生产线上总会有那么一两个“慢吞吞”的环节，影响整体效率，但作者却通过精细化的建模和预测，将这些潜在的瓶颈提前识别出来，并通过智能算法进行优化，使得整个生产线能够以一种近乎完美的节奏运转。它里面的数学模型和算法描述，虽然我不是专业人士，但也能感受到其背后蕴含的强大逻辑和严谨性。这本书的价值，我觉得远远超过了它本身的定价，它为我打开了一扇通往更高效、更智能制造的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体制造系统智能调度》简直是一部科幻小说，读起来太有意思了！我一开始以为会是一本枯燥的技术手册，没想到作者的笔触竟然如此生动，仿佛把我带入了一个未来世界的巨大工厂。书中描述的调度系统，简直比我玩过的任何策略游戏都要复杂和精妙。它能预判生产线上的每一个微小变化，比如某台设备可能出现的故障，或者原材料的供应波动，然后瞬间调整生产计划，确保生产流程顺畅无阻。我印象最深的是书中举的一个例子，一个突发的订单高峰期，如果没有这个智能调度系统，整个工厂可能会因为混乱而瘫痪，但有了它，生产线上的机器人就像训练有素的士兵，迅速调整步调，高效地完成了任务。作者还深入浅出地解释了人工智能在其中的作用，那些复杂的算法被形象地比喻成“工厂的大脑”，能够学习、思考，甚至做出比人类工程师更优的决策。读完这本书，我感觉自己对半导体制造这个曾经遥不可及的领域有了全新的认识，它不再是冰冷的机器和线路，而是充满智慧和活力的生命体。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，半导体制造本身就是一个极其精密的艺术品，而这本书，就像是为这个艺术品注入了灵魂。作者的文笔非常细腻，他并没有仅仅停留在技术层面的描述，而是赋予了整个调度系统一种“生命感”。我能想象到，在书中的那些场景里，生产线上无数的机器设备，就像有生命一样，它们按照一个看不见的、但却无比精确的指令在运转，互相配合，协同工作。书里讲到的“实时优化”和“动态调整”，让我觉得这不仅仅是简单的任务分配，而是一种对整个生产环境的“感知”和“应变”。它能捕捉到最细微的信号，比如某台设备温度的微小升高，或者某个关键环节的延迟，然后迅速做出反应，就像一个经验丰富的指挥家，能够指挥整个乐队演奏出最完美的乐章。我尤其被书中关于“容错性”的讨论所吸引，即使面对突发情况，这个智能调度系统也能够迅速找到替代方案，将损失降到最低。这本书读起来，既有技术上的深度，又不失人文关怀的温度。