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出版者:清华大学

作者:吕艳霞

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2005-2-1

价格:26.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302101208

丛书系列:

图书标签:

• AutoCAD
• AutoCAD 2005
• 计算机辅助设计
• CAD
• 绘图
• 教程
• 上机
• 基础
• 机械制图
• 工程制图

《数字孪生：构建虚拟与现实的桥梁》 内容提要： 本书深入探讨了数字孪生（Digital Twin）技术的理论基础、关键技术栈、主流应用场景及其未来的发展趋势。全书旨在为读者提供一个全面而系统的认知框架，帮助工程技术人员、信息技术专家以及企业管理者理解如何利用数字孪生技术实现物理实体、流程和系统的数字化映射、实时交互、模拟分析与优化决策。 第一部分：数字孪生的基石与概念解析 本部分着重于奠定数字孪生的理论基础。首先，我们将清晰界定数字孪生的核心概念，将其与传统仿真、模型化技术进行区分，强调其“实时性”、“连接性”和“生命周期同步性”的独特价值。 1.1 概念的演进与定义： 追溯数字孪生概念从NASA早期模型到工业4.0时代的发展脉络。详细阐述美国空军研究实验室（AFRL）和国际标准组织（ISO）对数字孪生的最新定义，并探讨“数字主线（Digital Thread）”在支撑数字孪生生命周期中的作用。 1.2 核心要素的剖析： 数字孪生系统由物理实体、虚拟模型、连接数据以及服务应用四个核心要素构成。本章将逐一深入分析每个要素的技术要求和实现机制。特别聚焦于虚拟模型的精确性、保真度（Fidelity）对孪生价值的决定性影响。 1.3 技术栈的综合视图： 数字孪生是一个跨学科的集成技术。我们将系统梳理支撑数字孪生的关键技术栈，包括但不限于：物联网（IoT）数据采集、云计算/边缘计算架构、高级数据建模（如BIM/GIS/CIM集成）、人工智能与机器学习（AI/ML）算法，以及沉浸式可视化技术（AR/VR/MR）。 第二部分：关键使能技术与数据管理 数字孪生的实现高度依赖于可靠的数据流和强大的计算能力。本部分聚焦于支撑孪生体实时运行的关键技术细节。 2.1 物联网与实时数据采集： 探讨传感器技术、边缘计算节点在数据预处理和实时反馈中的作用。分析不同工业协议（如OPC UA, MQTT）在确保数据传输的低延迟和高可靠性方面的挑战与解决方案。重点讨论数据清洗、融合与标准化，这是构建“可信数据源”的前提。 2.2 建模与仿真技术的融合： 深入研究如何将多物理场仿真（如FEA, CFD）嵌入到实时数字孪生框架中。讨论“模型驱动（Model-Driven）”与“数据驱动（Data-Driven）”模型的混合使用策略，以平衡计算效率与模型精度。 2.3 云原生架构与数据治理： 分析数字孪生平台对云计算资源的需求，讨论公有云、私有云和混合云的部署策略。数据治理方面，重点阐述时间序列数据库（TSDB）的应用，以及如何设计安全、可追溯的数据生命周期管理体系，确保数据主权和合规性。 2.4 人工智能在孪生中的赋能： 阐述AI如何超越传统的监控与诊断功能。探讨预测性维护（PdM）模型、基于强化学习的自主优化策略，以及如何利用生成对抗网络（GAN）等技术来创建更丰富的“假设情景（What-if Scenarios）”进行模拟测试。 第三部分：行业应用与价值实现 本部分通过大量案例研究，展示数字孪生在不同行业中解决实际问题的能力，并量化其带来的商业价值。 3.1 智能制造与工业互联网： 详细剖析产品孪生（Product Twin）、生产线孪生（Process Twin）和工厂孪生（Factory Twin）的构建路径。案例聚焦于提高设备综合效率（OEE）、柔性制造系统的动态调度优化，以及供应链的端到端可视化。 3.2 智慧城市与基础设施管理： 探讨如何利用数字孪生技术整合城市级的BIM、GIS和物联网数据，构建城市运营中心（City Operations Center）。应用场景涵盖交通流优化、能源网格的动态平衡、灾害应急响应模拟以及公共设施的生命周期健康管理。 3.3 航空航天与复杂系统维护： 深入研究航空发动机、大型结构件的“健康管理（PHM）”系统。如何通过孪生体对关键部件的疲劳损伤进行高精度预测，从而延长服役寿命并降低非计划停机风险。 3.4 医疗健康与人体建模： 介绍个性化医疗中的“人体器官/系统数字孪生”的概念，用于手术规划、药物反应预测和慢性病管理模拟。 第四部分：挑战、安全与未来展望 本部分对数字孪生技术的落地实践中的瓶颈问题进行审视，并展望下一代技术融合的趋势。 4.1 互操作性与标准鸿沟： 分析当前不同厂商、不同领域间数字孪生模型和数据标准的不统一性，探讨实现跨域、跨平台的互操作性所面临的挑战，并介绍如工业互联网联盟（IIC）等组织在推动标准制定方面的工作。 4.2 安全、隐私与伦理： 鉴于数字孪生包含了物理世界最敏感的操作数据和状态信息，本章专门讨论网络安全防御策略，包括对数据链路和边缘设备的保护。同时，探讨数据所有权、使用权以及AI决策的透明度所引发的伦理问题。 4.3 前沿趋势：从孪生到自治： 展望数字孪生与边缘智能、区块链技术（用于建立信任机制）的深度融合。讨论下一阶段，数字孪生如何从一个被动的“镜像”演进为一个能够进行自主学习、自我修复和优化决策的“自治系统”。 目标读者： 本书适合从事工业自动化、系统工程、计算机科学、土木工程、航空航天等领域的工程师、研发人员、项目经理，以及希望进行数字化转型的高校师生和企业高层管理者。阅读本书，您将掌握构建下一代智能系统的核心理论与实践工具。

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