计算机仿真原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防科技大学出版社

作者:王惠刚

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-04-01

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787810246248

丛书系列:

图书标签:

• 计算机仿真
• 仿真技术
• 建模与仿真
• 数值计算
• 科学计算
• MATLAB
• Simulink
• 系统仿真
• 工程仿真
• 仿真应用

《数字孪生：构建与实践》 书籍简介 在信息技术飞速发展的今天，物理世界与数字世界的深度融合已成为推动产业变革的核心驱动力。本书《数字孪生：构建与实践》系统性地梳理了数字孪生（Digital Twin）这一前沿概念的理论基础、关键技术栈、核心构建流程以及在不同行业中的实际应用案例。本书旨在为工程技术人员、系统架构师、决策管理者以及相关专业的研究人员提供一份全面、深入且具有实操指导意义的参考指南。 第一部分：数字孪生的理论基石与核心概念 本部分着重于奠定读者对数字孪生的宏观认知和理论框架理解。 第一章：数字孪生的定义、演进与核心价值 本章首先界定了数字孪生的准确内涵，将其与传统的仿真模型、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等技术进行清晰区分。数字孪生不仅仅是一个静态的虚拟模型，它是一个动态的、可映射物理实体全生命周期的虚拟实体。我们将追溯数字孪生的概念起源，从NASA在太空探索中使用的“镜像系统”到工业4.0背景下的全面兴起。核心价值部分将深入剖析数字孪生如何实现预测性维护、优化运营效率、加速产品迭代以及支撑复杂决策制定。 第二章：数字孪生的层次结构与关键要素 数字孪生并非单一技术集合，而是一个多层次的复杂系统。本章将详细阐述其经典的五层架构模型：物理实体层、数据采集与传输层、数字模型层（包含几何、物理、行为三个子模型）、数据分析与决策层，以及应用服务层。重点讨论了构成一个完整数字孪生的四大核心要素：实体（Physical Entity）、虚拟模型（Virtual Model）、连接（Connection/Linkage）和数据（Data）。对这四个要素之间的相互依赖性和动态反馈机制进行深入分析。 第二章 节选：模型的精确性与实时性挑战 一个有效的数字孪生必须具备高保真度和实时同步能力。本节讨论了如何平衡模型的复杂性与计算效率。过高的物理精度可能导致模型运行缓慢，无法满足实时反馈需求；而过于简化的模型则可能失去对物理现象的准确映射。我们将介绍尺度缩放理论在数字孪生建模中的应用，以及如何通过多尺度建模策略解决这一难题。 第二部分：支撑数字孪生的关键技术栈 数字孪生的实现依赖于一系列先进信息技术的深度集成。本部分聚焦于实现“虚实映射”的技术手段。 第三章：物联网（IoT）与边缘计算在数据驱动中的角色 物联网是数字孪生的“神经系统”。本章详细介绍传感器技术、数据采集协议（如MQTT、OPC UA）在物理实体数据实时捕获中的应用。重点探讨边缘计算（Edge Computing）的重要性：它如何解决海量数据传输带来的延迟问题，实现对关键数据的本地化处理和快速响应，确保数字模型能够实时“感知”物理世界的变化。 第四章：高保真建模：几何、物理与行为建模 这是数字孪生的“骨架”。本章分为三个子模块： 1. 几何建模与可视化： 探讨从CAD/BIM数据到三维实时渲染技术的转换路径，包括点云数据处理、网格化技术，以及在游戏引擎（如Unity/Unreal Engine）中构建沉浸式孪生体的方法。 2. 物理场建模与求解： 深入讲解有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）等传统仿真工具如何与孪生体集成。讨论如何将这些复杂的求解器转化为可快速迭代的代理模型（Surrogate Models）。 3. 行为逻辑与状态机： 描述如何构建反映系统运行逻辑、故障模式和决策规则的软件模型层，实现对系统动态行为的精确模拟和预测。 第五章：数据融合、互操作性与知识图谱 数字孪生的价值在于数据驱动的洞察。本章探讨异构数据源（时间序列数据、历史记录、文本报告等）的清洗、融合与规范化方法。重点介绍数据语义化的重要性，阐述如何利用知识图谱（Knowledge Graph）技术，构建连接物理资产、运行状态、维护记录和业务规则的复杂语义网络，从而使孪生体具备更深层次的“理解”能力。 第三部分：数字孪生的构建流程与生命周期管理 本部分将理论与技术转化为可执行的工程实践步骤。 第六章：数字孪生系统的设计与部署流程 详细介绍一个典型的数字孪生项目从概念到上线的全生命周期管理。包括需求分析（确定孪生体的目标和粒度）、技术选型（软硬件平台）、模型开发、数据链路建立、系统集成测试（SIT/UAT），以及最终的云端或本地化部署策略。我们特别关注DevOps原则在孪生体模型版本控制和迭代更新中的应用。 第七章：孪生体的验证、校准与持续演化 数字孪生必须经过严格的验证才能投入使用。本章阐述了如何通过对比物理实体历史数据、进行敏感性分析以及设计“What-If”情景来验证模型的准确性。更重要的是，数字孪生是动态的——物理实体会老化、运行条件会变化。因此，本章详细介绍了闭环反馈机制：如何利用新的实时数据自动或半自动地对模型参数进行校准（Calibration），确保孪生体始终与物理实体保持高同步性。 第四部分：行业应用与未来展望 本部分通过具体的场景案例，展示数字孪生技术的实际落地能力。 第八章：智能制造与工业控制的数字孪生应用 深入分析数字孪生在离散制造和流程工业中的应用案例。例如，如何利用产线孪生体进行工艺参数优化、瓶颈分析，以及实现对复杂设备（如机器人、CNC机床）的远程诊断和预测性维护（PdM）。讨论“制造过程孪生”与“产品孪生”的区别与融合。 第九章：城市运营与智慧基础设施的数字孪生 聚焦于城市级尺度的数字孪生（City Digital Twin）。探讨如何整合交通流数据、能源消耗、环境监测数据，构建城市运行的数字镜像。案例包括应急响应优化、基础设施（如桥梁、管网）的健康监测与寿命预测，以及能源网格的平衡调度。 第十章：数字孪生的挑战、安全与未来趋势 收官之章，探讨当前数字孪生技术推广面临的主要瓶颈，包括高昂的初始投资、数据治理的复杂性、以及跨领域人才的稀缺。此外，重点讨论安全问题：如何保护高价值的数字模型知识产权，以及如何防止对物理实体产生恶意控制指令的网络安全威胁。最后，对数字孪生与人工智能、元宇宙、以及自主系统（Autonomous Systems）的深度融合趋势进行前瞻性分析。 本书的结构逻辑清晰，从基础理论出发，深入技术实现细节，最终落脚于工程实践与行业应用，力求为读者提供一套完整的数字孪生知识体系。

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我对金融市场和投资策略一直有着浓厚的兴趣，但同时也对其中的不确定性和风险感到担忧。我一直在思考，是否有什么工具可以帮助我们更理性地评估投资风险，并制定更有效的交易策略。我希望这本书能够提供一些关于如何利用计算机仿真来模拟金融市场的行为，从而帮助我们做出更明智的投资决策。我设想，通过输入历史数据和各种市场因素，比如利率、通货膨胀率、公司财报等，来构建一个虚拟的金融市场。然后，我们可以测试不同的投资组合和交易策略，观察它们在仿真市场中的表现，并分析其潜在的收益和风险。我特别想知道，书中会不会介绍一些量化交易的理念和方法，比如如何利用算法来识别市场中的套利机会，或者如何进行风险对冲。如果这本书能够揭示如何通过仿真来理解市场波动的原因，甚至预测未来的趋势，那将对我非常有价值。

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我一直对游戏开发背后的技术原理非常感兴趣，尤其是那些能够提供沉浸式体验和逼真物理效果的游戏。想象一下，一个能够模拟真实世界物理规律的游戏引擎，玩家在里面跳跃、碰撞、甚至建造复杂的机械装置，所有这些都能依照物理定律流畅地进行。我希望这本书能够为我揭示游戏引擎是如何通过计算机仿真来实现这些效果的。比如，会不会讲解碰撞检测的算法，如何精确地判断两个物体是否接触，以及接触后会产生怎样的相互作用？我很好奇关于物理模拟的部分，比如重力、摩擦力、弹簧力等是如何被计算和实现的，这对于创造逼真的角色动画和场景互动至关重要。另外，我也想知道，在多人在线游戏领域，如何通过仿真来处理大量的玩家数据，保持游戏的同步性和稳定性，防止出现延迟和不一致的情况。这本书能否让我窥见游戏开发者是如何运用仿真技术，将虚拟世界打造得如此栩栩如生的呢？

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我一直对人类社会的运行机制感到好奇，尤其是那些复杂且相互影响的社会现象，比如贫富差距的产生、社会群体之间的互动，甚至是一些历史事件的演变。我希望这本书能够提供一些关于如何利用计算机仿真来研究和理解这些社会复杂性。我设想，我们可以构建一个模拟社会模型，在这个模型中，个体拥有不同的行为模式、资源和关系网络。通过观察这些个体在仿真社会中的互动，我们可以尝试理解某些社会现象是如何产生的，以及不同的政策干预会带来怎样的社会后果。我很好奇书中是否会介绍一些社会动力学、博弈论或者agent-based modeling（基于智能体的建模）等方法，这些方法是否能够帮助我们量化和分析复杂的社会关系和群体行为？如果这本书能够帮助我理解，如何通过模拟来验证社会学理论，甚至为社会治理提供科学依据，那我将感到非常欣慰。

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我一直对人工智能如何进行决策和学习的过程感到着迷。尤其是在一些需要实时反应和复杂判断的场景下，比如自动驾驶汽车是如何在突发情况下做出避让动作的，或者机器人是如何通过观察环境来规划最优路径的。我希望这本书能够深入探讨这些人工智能在仿真环境中的学习和进化机制。比如，会不会介绍一些强化学习的算法，让机器人在仿真世界里通过试错来不断优化自己的策略？或者，会不会讲解一些深度学习模型是如何被用来进行图像识别、语音识别，以及在仿真中生成逼真场景的？我尤其期待书中能够提供一些关于“仿真到真实”迁移的讨论，也就是说，一个在仿真环境中训练出来的智能体，在实际应用中表现如何？是否存在一些挑战和解决方案？我脑海中浮现出许多科幻电影里的场景，希望这本书能为我揭示这些“未来科技”背后的原理，让我理解人工智能不仅仅是编写几行代码，而是能够通过模拟和学习，逐步拥有超越人类的智能。

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这本书，我拿到手里的时候，确实对“计算机仿真”这个词本身充满好奇。我一直觉得，现实世界里的许多复杂现象，如果能用计算机模拟出来，那该是多么神奇的事情啊！我尤其对它能否帮助我们理解一些宏观的社会经济规律感兴趣，比如股票市场的波动，或者城市交通拥堵的原因。我设想，通过调整模型中的各种参数，比如“投资者的贪婪程度”或者“道路的容纳能力”，看看最终的仿真结果会呈现出怎样的趋势，会不会给我们一些意想不到的启示。我很好奇书中是否会提供一些实际的案例分析，比如如何利用仿真来预测自然灾害的发生概率，或者如何模拟新药在人体内的作用过程，从而加速新药的研发。另外，我也想知道，书里会不会涉及到一些比较“硬核”的仿真技术，比如并行计算、分布式仿真，或者一些高级的算法，比如蒙特卡洛方法，用来解决一些大规模、高维度的问题。我期待它能揭示仿真技术在科学研究、工程设计、甚至是艺术创作领域的广泛应用，让我看到科技如何以前所未有的方式改变我们认识世界和改造世界的能力。

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