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出版者:机械工业出版社

作者:卫振林

出品人:

页数:234

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:22.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111153771

丛书系列:

图书标签:

• ASP
• NET
• Web开发
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图书名称：数字孪生技术：原理、建模与实践 图书简介 内容概述 本书深入探讨了数字孪生（Digital Twin）技术的底层原理、核心建模方法以及在多个关键行业中的实际应用。数字孪生作为连接物理世界与数字世界的桥梁，正日益成为推动工业 4.0、智能制造、智慧城市乃至更广泛领域变革的核心驱动力。本书旨在为读者提供一个全面、系统且具有前瞻性的知识体系，使读者能够从理论高度理解数字孪生的本质，并掌握其实施和部署的关键技术。 全书结构严谨，内容覆盖了从基础概念的厘清到复杂系统的构建的全过程。我们首先追溯了数字孪生的历史渊源，明确了其与仿真、模拟、物联网（IoT）之间的区别与联系，确立了其作为物理实体“实时、动态、高保真映射”的独特地位。 第一部分：理论基石与核心概念 本部分是理解数字孪生的理论基础。详细阐述了数字孪生的五个关键特征：连接性（Connectivity）、数据驱动（Data-Driven）、同步性（Synchronization）、仿真性（Simulation）和自治性（Autonomy）。 架构解析： 系统性地剖析了数字孪生的标准参考架构，包括物理实体层、数据采集与传输层（侧重于5G、NB-IoT等先进通信技术的应用）、数字模型层、以及应用服务层。重点分析了数据在不同层级之间的流动模式和价值转化过程。 建模范式： 详细介绍了支撑数字孪生模型的几种主要建模范式。这包括基于物理机理的建模（如有限元分析/FEA、计算流体力学/CFD的应用）、基于数据的行为建模（如机器学习和深度学习在预测性维护中的应用），以及面向服务的建模（SOA和微服务架构在孪生体功能解耦中的作用）。书中特别强调了如何实现多粒度、多维度模型的集成与融合，以应对现实世界系统的复杂性。 生命周期管理： 阐述了数字孪生在产品或资产的整个生命周期中（从概念设计、制造、运营到退役）所扮演的角色。分析了“数字主线”（Digital Thread）的概念，即如何确保数据在整个生命周期中的一致性、可追溯性和完整性，这是实现闭环反馈和持续优化的基础。 第二部分：关键技术支撑体系 数字孪生的实现高度依赖于一系列前沿技术的协同作用。本部分聚焦于这些使能技术。 物联网与边缘计算： 深入探讨了传感器网络、数据采集协议（如MQTT、OPC UA）在实时数据捕获中的作用。同时，详述了边缘计算如何通过在靠近数据源的设备上进行初步处理和分析，显著降低延迟，增强系统的实时响应能力和数据安全。 云计算与高性能计算： 分析了云平台在存储海量历史数据、运行复杂的全局优化算法以及提供高并发访问服务方面的优势。讨论了HPC集群在构建高精度、高保真数字模型进行复杂场景推演时的必要性。 数据融合与语义互操作性： 介绍了处理异构数据的挑战，包括时间序列数据、空间地理数据（GIS）和结构化工程数据的融合技术。重点讲解了本体论（Ontology）和知识图谱在统一数据语义、增强模型理解能力方面的应用，确保不同模型组件之间能够进行有效的“对话”。 可视化与人机交互： 涵盖了先进的可视化技术，如三维（3D）建模、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）在数字孪生人机交互中的应用。讨论了如何通过沉浸式环境，使用户能够直观地监控、诊断和干预物理实体。 第三部分：行业应用与案例分析 本书的后半部分将理论与实践紧密结合，通过详尽的案例研究，展示数字孪生在不同行业中的落地实践和价值创造。 智能制造与工业互联网： 侧重于车间级和工厂级的数字孪生。包括对生产线进行实时性能监控、预测性维护（PdM）策略的制定、以及通过孪生体进行工艺参数的优化和“What-if”场景的预演，以实现柔性制造和提高设备综合效率（OEE）。 智慧城市与基础设施： 探讨了大型城市系统（如交通网络、能源管网、应急管理系统）的数字孪生构建。分析了如何利用孪生体进行城市资源的最优化调度、突发事件的快速响应模拟和长期规划的可行性验证。 航空航天与生命科学： 在高风险领域，数字孪生的价值尤为突出。书中分析了如何为单个飞机或航天器构建精确的数字伴侣，用于实时健康监测和剩余寿命评估。在生命科学领域，则探讨了器官和人体系统的数字孪生在个性化医疗和药物测试中的潜力。 运维（O&M）的变革： 详细描述了数字孪生如何从被动维护转向主动的、基于状态的、甚至预见性的运维模式，从而大幅降低运营成本和非计划停机时间。 读者对象与学习目标 本书面向广大从事先进制造、系统工程、信息技术和相关领域的工程师、研究人员、技术管理者以及高等院校的师生。 完成本书的学习后，读者将能够： 1. 清晰界定数字孪生的技术内涵，并区分其与传统仿真的关键差异。 2. 掌握构建一个功能完备的数字孪生系统的技术栈和方法论。 3. 评估和选择适合特定业务场景的建模技术和数据处理策略。 4. 识别数字孪生在推动业务创新和提升运营效率方面的潜在机遇。 5. 具备将数字孪生概念转化为具体工程项目的初步能力。 本书不仅是理论参考手册，更是一本指导工程实践的路线图。它通过对前沿技术的深入剖析和对真实世界应用的细致描摹，致力于培养新一代能够驾驭物理世界与数字世界融合的复合型人才。

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