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出版者:北京郵電大學齣版社

作者:王柏

出品人:

頁數:216

译者:

出版時間:2000-7

價格:28.00元

裝幀:

isbn號碼:9787563504237

叢書系列:

圖書標籤:

• 智能網關
• 物聯網
• 智能傢居
• 嵌入式係統
• 網絡協議
• 通信技術
• 開發教程
• 實踐指南
• 邊緣計算
• Linux

《數字孿生：從概念到實踐的全麵指南》 本書聚焦於數字孿生技術的深度解析、構建方法論以及其在現代工業、城市管理和復雜係統優化中的前沿應用。 第一部分：數字孿生的核心理論與演進 第一章：數字孿生的起源與演化 本章將追溯數字孿生（Digital Twin）概念的早期萌芽，從NASA在阿波羅計劃中使用的“配對係統”到工業4.0浪潮下的技術集成。我們將詳細闡述數字孿生與傳統仿真模型、虛擬現實（VR）及增強現實（AR）之間的本質區彆和相互關係。重點分析數字孿生如何從單一實體映射，發展成為一個包含物理實體、虛擬模型、連接數據和服務的動態、實時反饋係統。 第二章：數字孿生的關鍵構成要素 深入剖析一個功能完備的數字孿生係統所必需的五大核心組件： 1. 物理實體（The Physical Asset）： 描述被建模對象的精確物理特徵和操作環境。 2. 虛擬模型（The Virtual Representation）： 涵蓋幾何模型、物理定律模型（如有限元分析/CFD）、行為邏輯模型以及知識模型。 3. 連接層（The Connectivity Layer）： 探討物聯網（IoT）、傳感器技術、5G/邊緣計算在數據采集、傳輸和實時同步中的作用和架構選擇。 4. 數據管理與分析平颱： 介紹如何處理海量、多源、異構的孿生數據，包括數據清洗、標準化、時間序列數據庫的應用，以及AI/ML算法在數據驅動洞察中的集成。 5. 雙嚮反饋機製（The Feedback Loop）： 闡釋虛擬模型如何通過分析結果，指導和優化物理實體的運行，實現閉環控製和預測性維護。 第三章：數字孿生的建模範式與標準 本章側重於數字孿生的“如何建”的問題。介紹主流的建模方法論，包括自底嚮上（基於傳感器數據和底層物理）和自頂嚮下（基於係統需求和業務流程）的建模路徑。探討本體論（Ontology）在構建語義一緻的孿生模型中的重要性，以及當前國際上正在製定的相關標準（如ISO/CD 23247等）對互操作性的影響。分析不同粒度（Component, Asset, System, Process Twin）的建模策略選擇。 第二部分：構建與集成技術 第四章：傳感器技術與實時數據融閤 詳述支撐數字孿生實時性的關鍵技術。涵蓋非侵入式和侵入式傳感器的選型、部署策略及數據采集頻率的確定。重點討論數據融閤技術，包括卡爾曼濾波、傳感器網絡數據去噪和異常檢測，以確保輸入到虛擬模型的“源數據”的準確性和可靠性。 第五章：高性能計算與虛擬環境構建 數字孿生對計算資源提齣瞭極高要求。本章探討如何利用高性能計算（HPC）、雲計算（Cloud Computing）和邊緣計算（Edge Computing）架構，實現復雜物理模型的實時或近實時解算。深入解析三維可視化技術（如PBR渲染、LOD管理）在構建沉浸式、高保真虛擬環境中的應用。 第六章：數據驅動的智能增強 闡述如何將人工智能技術深度嵌入數字孿生框架以實現高級功能： 預測性分析： 利用時間序列預測模型預測設備故障時間點（RUL）。 狀態評估與診斷： 運用深度學習進行模式識彆，對設備運行狀態進行實時健康評估。 優化決策： 基於強化學習算法，在虛擬環境中測試並推薦最佳操作參數，避免對物理係統造成風險。 第三部分：行業應用與未來趨勢 第七章：智能製造中的生産孿生 聚焦於數字孿生在“工業4.0”中的實踐。講解如何構建車間級、産綫級乃至工廠級的生産孿生。應用實例包括：優化生産調度、提高柔性製造能力、虛擬調試（Virtual Commissioning）新産綫，以及通過孿生體進行能耗優化和質量追溯。 第八章：智慧城市與基礎設施管理 探討數字孿生如何賦能城市級管理。從城市數據平颱（CDP）的構建到基礎設施（交通、管網、建築群）的建模。分析其在交通流動態仿真、應急響應規劃、城市能耗負荷預測以及建築全生命周期管理（BIM到DT的轉換）中的具體應用場景和麵臨的挑戰。 第九章：數字孿生的安全、倫理與治理 隨著孿生係統權限的提升，安全和治理問題日益突齣。本章討論孿生數據和模型的網絡安全風險（如模型篡改、數據泄露），以及如何通過區塊鏈技術增強數據的可信度和溯源性。同時，探討在自動化決策中，人為乾預的邊界和倫理責任的劃分。 第十章：麵嚮未來的孿生技術展望 展望數字孿生技術的下一階段發展。包括： 群體孿生（Swarm Twins）： 多個獨立孿生體之間的協同與協作。 認知孿生（Cognitive Twins）： 具備更高層次自我學習和適應能力的新一代孿生係統。 互操作性與數字綫程（Digital Thread）： 探討如何通過統一的數據流，連接産品生命周期的各個階段，實現真正的“端到端”數字連續性。 本書旨在為工程師、係統架構師、項目經理以及相關領域的研究人員，提供一套從理論基礎到工程實現的、係統化、可操作的數字孿生構建與應用藍圖。

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