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页数:451

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出版时间:2000-5

价格:15.00元

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isbn号码:9787806275481

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《数字孪生：构建与应用前沿技术实践》 图书简介 《数字孪生：构建与应用前沿技术实践》 是一部深度聚焦于数字孪生技术（Digital Twin）从理论基础到前沿工程实践的综合性专著。本书旨在为工程技术人员、信息技术专家、高校师生以及致力于工业智能化升级的决策者，提供一套系统、前沿且极具实操价值的知识体系和方法论。 核心价值与目标读者 在当前以工业 4.0 和智能制造为核心驱动力的时代背景下，数字孪生已不再是概念设想，而是重塑物理世界与信息世界交互模式的关键技术。本书超越了对数字孪生概念的泛泛而谈，而是深入剖析了其作为一种复杂系统工程的本质，旨在帮助读者掌握构建高保真、实时同步、具备预测和决策能力的数字孪生模型的全流程技术栈。 本书特别适用于以下群体： 1. 工业软件与系统集成工程师： 需要了解如何将多源异构的物理数据高效整合、清洗、建模，并实现与现有企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）的无缝对接。 2. 物联网（IoT）与边缘计算开发者： 掌握如何利用先进的传感器技术、边缘计算能力来确保孪生体与实体之间的低延迟、高可靠性同步。 3. 高级研发与运营管理者： 需要评估数字孪生技术在资产健康管理（PHM）、流程优化、虚拟调试和新产品设计验证中的投资回报率（ROI）。 4. 高校相关专业的研究生与高年级本科生： 作为理解复杂系统建模、仿真科学与数据驱动决策的权威参考教材。 内容结构与深度解析 本书结构严谨，共分为六个核心部分，层层递进，确保读者能够从基础原理一步步迈向复杂的工业级应用。 --- 第一部分：数字孪生基石：概念、架构与标准体系 本部分奠定了坚实的理论基础，清晰界定了数字孪生的内涵、外延与关键技术要素。 1.1 数字孪生的演进与核心范式： 探讨了从历史上的“产品模型”到现代“动态、实时、可交互”孪生体的关键技术飞跃。详细阐述了孪生体（Twin）、实体（Entity）与连接器（Connector）三要素的内在逻辑关系。 1.2 经典数字孪生参考架构解析（DT-RAs）： 深入剖析了国际上主流的参考架构模型（如NASA、Purdue模型），并构建了一个适用于现代智能工厂的五层或七层分层架构模型，包括物理层、感知层、连接与数据层、模型与仿真层、应用与服务层。 1.3 数据驱动与标准协议： 重点介绍支撑孪生体实时性的关键通信协议（如OPC UA、MQTT的增强应用）以及数据模型本体论（Ontology）在语义互操作性中的作用。 --- 第二部分：数据采集与实时同步技术 数字孪生的“真”和“活”来源于高质量、高频率的数据流。本部分专注于如何高效、可靠地捕获和传输物理世界的状态。 2.1 高级传感与数据预处理： 讨论了非接触式测量技术（如激光雷达、高光谱成像）在资产状态捕获中的应用，并深入讲解了边缘端（Edge Computing）的数据清洗、去噪和特征提取算法，以减轻云端压力并提高决策速度。 2.2 时空同步与不确定性管理： 针对大规模分布式系统的挑战，阐述了如何利用高精度时间同步技术（如PTP）确保跨设备的精确对齐。同时，引入了贝叶斯方法处理传感器测量中的随机不确定性。 2.3 数据湖与时序数据库构建： 详细介绍了为支撑数字孪生而优化的数据存储方案，特别是针对海量时间序列数据的写入、查询和压缩优化策略。 --- 第三部分：建模、仿真与可视化引擎 这是数字孪生的“大脑”和“镜子”。本部分是本书技术深度最高的章节之一。 3.1 多尺度、多物理场建模技术： 讲解了如何融合不同尺度的模型，例如将宏观的系统级动力学模型（基于有限元法FEM）与微观的材料疲劳模型（基于分子动力学MD）进行集成。 3.2 跨平台仿真环境集成： 重点介绍如何利用专业仿真软件（如Abaqus, ANSYS, MATLAB/Simulink）的API接口，将仿真模块化并嵌入到数字孪生平台中，实现“即时仿真”（On-Demand Simulation）。 3.3 沉浸式交互与可视化： 探讨了如何利用游戏引擎（如Unity/Unreal Engine）构建高保真、低延迟的3D可视化界面，并集成虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术，实现远程的直观监测和维护指导。 --- 第四部分：智能决策与预测性应用 构建孪生体的最终目的是实现从描述性到预测性和规范性的跨越。 4.1 基于AI的健康状态评估（PHM）： 阐述了如何利用深度学习（如LSTM、Transformer模型）分析历史运行数据，建立设备的残余寿命预测模型，实现真正意义上的预测性维护。 4.2 虚拟调试与流程优化： 详细介绍了在虚拟环境中对控制逻辑（PLC/DCS）进行预先验证和调试的完整流程，如何利用孪生体进行“What-If”分析，优化生产排程和工艺参数，避免对物理产线造成中断。 4.3 强化学习在孪生体控制中的应用： 探索了如何训练智能体在孪生环境中学习最优的控制策略，然后安全地将策略迁移到物理实体上。 --- 第五部分：前沿集成与新兴领域拓展 本部分着眼于数字孪生技术的未来发展方向和跨领域集成。 5.1 联邦学习与数字孪生安全： 讨论在大规模工业互联背景下，如何利用联邦学习（Federated Learning）在保护数据隐私的前提下，共享跨企业的知识模型，并应对数据投毒攻击等安全挑战。 5.2 供应链与城市级孪生（City Digital Twin）： 将技术视野扩展到单一资产之外，探讨如何构建涉及物流、基础设施、能源消耗的宏观复杂系统孪生体，实现资源调度的全局优化。 5.3 区块链与孪生体溯源： 介绍区块链技术如何为孪生体数据提供不可篡改的信任机制，特别是在高价值资产（如航空发动机部件）的生命周期管理中的应用。 --- 第六部分：实施案例与工程挑战 为读者提供实际落地的指导，直面工程实践中的痛点。 6.1 关键实施挑战分析： 深入剖析了数据治理的难度、遗留系统（Brownfield）改造的复杂性、以及构建统一数据模型的成本控制等现实问题。 6.2 行业标杆案例深度剖析： 选取航空制造、重型机械、流程工业等领域中成功的数字孪生部署案例，从架构选择、数据集成到最终效益，进行全景式解析。 结语 《数字孪生：构建与应用前沿技术实践》不仅是一本技术手册，更是一份面向未来的路线图。它系统地梳理了从底层数据到上层决策的完整链条，为读者提供了将数字孪生从理论蓝图转化为高价值工业资产的清晰路径。掌握书中所述的技术，意味着站在了新一代智能制造和复杂系统管理的最前沿。

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这本书的语言风格极其凝练，有一种老派文人的典雅和锐气并存的感觉。作者的用词极其考究，很多时候一个副词的选择就能让整个句子的情绪产生微妙但决定性的变化。我注意到，他极少使用那些网络流行词汇或过于直白的口语化表达，而是偏爱使用一些结构复杂的长句，但这些长句的内在逻辑却是清晰严密的，像一座精密的机械装置，每一个零件都咬合得恰到好处。尤其是在解析一些经典范文时，作者的点评角度非常刁钻，他能精准地指出原文中那个“画龙点睛”的微小处理，并阐述这个处理如何影响了读者对全篇主题的最终接收。这种细腻入微的文本剖析能力，让人不得不佩服作者深厚的文字功底和敏锐的洞察力。读着读着，我甚至开始有意无意地模仿这种句式结构来记录自己的随感，仿佛在进行一场无声的文学模仿训练。

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这本书的章节安排，给我一种从宏观到微观，再回归到实践的完整闭环感。它不像那种纯粹理论性的书籍，读完后不知如何下手，也不像那种只教套路的速成指南，读完后缺乏内涵。它的结构设计非常巧妙，似乎是遵循了一个“认识世界—理解结构—模仿构建—独立创造”的完整路径。在介绍完各种论证方法和修辞技巧的理论基础后，它紧接着会给出大量的“结构拆解图”，这些图示将复杂的文章逻辑具象化，用线条和方框清晰地标示出“何处引入冲突”、“何处进行转折升华”。最让我惊喜的是，最后几章开始探讨“如何应对考场上的突发情绪和时间压力”，这部分内容非常接地气，它没有谈论技巧，而是侧重于“心法”的修炼，教导读者如何在高度紧张的状态下保持思维的流畅性，这一点是很多同类书籍会忽略的实际操作层面的难题。

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从阅读的整体体验来看，这本书更像是一本关于“如何像一个成熟的思考者一样组织语言”的指南，而非单纯的应试秘籍。它传递的核心价值，似乎是如何在有限的篇幅内，将一个不甚深刻的观点，通过精妙的表达和框架的支撑，提升其内在的“价值密度”。我感受到了一种强烈的被赋能感，不是被告知“怎么做”，而是被启发“为什么这样做会有效”。书中引用的许多案例，并非都是那些耳熟能详的满分作文，反而有许多是作者自己通过对日常素材的提炼和重塑而成的“模型案例”，这使得读者在学习时，不会产生一种“这是别人写过的”的隔阂感，而是能迅速将自己的生活体验代入进去，尝试模仿和重构。总而言之，这是一本需要反复咀嚼和沉淀的书，读完一遍后，我发现自己对身边发生的大部分事件都多了一层追问“其内在结构是什么”的习惯，这无疑是阅读它带来的最宝贵的副产品。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，封面那种低饱和度的墨绿色搭配烫金的标题字体，透着一股沉稳又充满思考的文艺气息。拿到手里，纸张的触感是那种略带粗粝感的，不是那种光溜溜的铜版纸，更像是专门为了反复翻阅和标记而准备的。内页的排版也看得出是用心了，字号适中，行间距处理得非常舒服，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。我特别喜欢它在章节标题旁留出的那些空白区域，感觉像是特意为读者留下思考和草拟笔记的空间，而不是一个密不透风的知识倾倒现场。整体来看，这本书在视觉和触觉上都营造了一种非常适合沉浸式学习的氛围，让人一上手就觉得“这是一本值得认真对待的书”。翻开扉页，作者那段关于“文字的力量在于其构建世界的可能性”的引言，更是为接下来的阅读定下了一个高远的基调，让人对接下来的内容充满了期待和敬畏。它不像很多工具书那样冷冰冰的，而是散发出一种对知识的尊重和对阅读者的关怀。

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读完前几章，我最大的感受是作者的思维跳跃性和广阔的知识涉猎面。他似乎并不急于直接给出那些陈词滥调的“万能模板”，而是从更宏大的哲学思辨层面入手，探讨了“意义”是如何在有限的表达中被无限延展的。比如，他花了相当大的篇幅去分析不同历史时期人们对“时间流逝”的不同认知如何影响了他们的叙事结构，这种跨学科的引用，从古希腊的辩证法跳跃到现代心理学的潜意识理论，处理得非常自然流畅，丝毫没有生硬的堆砌感。书中很多论述，都需要读者停下来，合上书本，在脑海里构建一个属于自己的逻辑框架去对应和消化。这种阅读体验，与其说是学习一种技巧，不如说是在进行一场智力上的深度对话。它逼迫你跳出作文题目的具体限制，去思考问题背后的本质结构，这对于提升思考的深度无疑是极有帮助的，让人感觉自己的认知边界被轻轻推开了一角。

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