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出版者:Eyrolles

作者:Pascal Roques

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-11-09

价格:EUR 5.00

装帧:Broché

isbn号码:9782212117257

丛书系列:

图书标签:

• UML
• 统一建模语言
• 软件工程
• 建模工具
• 设计模式
• 面向对象
• 系统分析
• 软件开发
• 可视化建模
• 需求分析

《数字孪生：从概念到实践的深度探索》 本书简介 在信息技术飞速迭代的今天，一个革命性的概念正深刻地重塑着工业、城市管理乃至生命科学的面貌——数字孪生（Digital Twin）。它不再是遥不可及的科幻设想，而是驱动第四次工业革命的核心引擎之一。本书《数字孪生：从概念到实践的深度探索》，正是为那些渴望深入理解并掌握这一前沿技术的专业人士、工程师、研究人员以及决策者量身打造的权威指南。 一、理论基石的全面夯实 本书伊始，我们将带领读者穿越数字孪生的发展脉络。从其萌芽于NASA在航天领域的早期建模工作，到如今与物联网（IoT）、云计算、大数据分析、人工智能（AI）和增强现实/虚拟现实（AR/VR）技术的深度融合，我们系统梳理了数字孪生的历史演进与理论框架。 我们详细阐述了数字孪生的核心构成要素：物理实体、虚拟模型、连接机制以及数据流。重点解析了“实时性”与“保真度”这两个决定数字孪生生命力的关键指标，并区分了不同层级的数字孪生模型，包括描述性孪生、诊断性孪生、预测性孪生以及规范性孪生（或称认知孪生），帮助读者清晰定位自身应用场景所需的模型成熟度。 书中深入剖析了支撑数字孪生的关键技术栈，如先进的传感器技术、高精度仿真建模方法（包括基于物理的模型、数据驱动的模型以及混合模型）以及边缘计算与云计算的协同架构，确保读者对理论基础有一个坚实而全面的认知。 二、构建与实施的技术路径图 理论的价值在于指导实践。本书的后半部分，着重于提供一套可操作、可复制的数字孪生系统构建与实施路线图。 1. 数据采集与集成：数字孪生的“血液循环” 我们首先聚焦于数据。数字孪生体是数据驱动的。书中详述了如何设计高效、安全的数据采集策略，涵盖了从工业现场的PLC、SCADA系统到企业级ERP、MES系统的数据接口标准和协议（如MQTT、OPC UA等）。特别强调了数据清洗、预处理和标准化在保证模型准确性方面的极端重要性，并介绍了实时数据流处理的架构选择。 2. 建模与仿真：虚拟世界的骨架 建模是数字孪生的核心挑战之一。本书提供了从几何建模、拓扑建模到行为建模的多种技术路线。 多尺度建模： 针对复杂系统（如智能工厂或智慧城市），探讨了如何将宏观系统行为与微观部件物理过程进行有效耦合的跨尺度建模策略。 基于物理（PBP）与数据驱动（DBP）的融合： 详尽分析了如何利用有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）等传统仿真工具来构建高保真物理模型，并介绍了如何利用机器学习算法（如神经网络、高斯过程回归）来建立数据驱动的代理模型（Surrogate Models），尤其是在计算资源受限或物理规律不完全已知的情况下，如何智慧地结合两者以提升预测精度。 3. 交互与可视化：连接虚实的桥梁 一个有效的数字孪生体必须具备直观的交互界面。本书探讨了下一代人机交互技术在数字孪生中的应用，包括： 沉浸式体验： 如何利用VR/AR技术，将复杂的实时数据和仿真结果以三维、空间化的方式呈现给操作人员和维护工程师。 时序分析与可解释性AI： 不仅仅展示“是什么”，更要解释“为什么”。我们介绍了如何将AI的决策和预测结果反馈到孪生模型中，并以图形化的方式解释其推理过程，增强用户的信任度和系统的可操作性。 三、跨行业的深度应用案例分析 为避免纸上谈兵，本书通过详尽的案例研究，展示了数字孪生在不同垂直领域取得的实际成效。 智能制造与工业4.0： 聚焦于产线优化、设备预测性维护（PdM）、柔性生产线的虚拟调试。例如，如何通过孪生体对新工艺进行“沙盒”测试，从而将实际产线的停机时间降至最低。 智慧城市与基础设施管理： 涵盖了交通流优化、能源网格的负载平衡、建筑生命周期管理（BIM与数字孪生的结合）。书中特别讨论了城市级孪生体在应对突发公共事件（如洪水、疫情传播）时的模拟与决策支持能力。 医疗健康与生命科学： 探讨了器官级别的数字孪生（“人体数字孪生”）在个性化药物剂量推荐、手术规划和康复监测中的前沿应用潜力。 四、挑战、安全与未来展望 任何颠覆性技术的发展都伴随着挑战。本书客观分析了当前数字孪生普及过程中面临的现实障碍，包括：高昂的初始投资、跨组织数据共享的信任机制缺失、模型验证与认证的标准不统一，以及对模型安全和数据隐私的保护需求。 最后，本书将目光投向未来，展望了数字孪生与Web3.0、量子计算、自主学习系统等下一代技术融合的趋势，探讨了数字孪生如何最终演变为一个自我优化、自我修复的“生命系统”。 读者对象： 本书适合作为高等院校计算机科学、控制工程、机械工程、土木工程、数据科学等专业的高年级本科生、研究生教材或参考书，同时也是企业技术总监、系统架构师、资深工程师寻求系统性知识升级的必备读物。阅读本书，您将不再是被动的技术接受者，而是数字孪生浪潮中积极的构建者和引领者。

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说实话，我一开始对这本书抱持着一种怀疑的态度，市面上关于“方法论”的书籍太多了，很多都是堆砌概念，读完后感觉脑子里塞满了术语，但实际操作起来依然无从下手。但这本让我颇感意外。它的叙事风格非常“务实”，更像是资深架构师在项目复盘会议上，手持白板和马克笔，带领团队一步步梳理问题核心的过程。作者没有陷入过度学术化的泥潭，而是紧密围绕“如何有效地沟通设计意图”这个核心目标展开。我特别欣赏其中关于用例图和类图结合使用的章节，它清晰地展示了功能需求是如何映射到底层对象结构的，这种从“做什么”到“怎么做”的自然过渡，是很多教程中缺失的一环。我记得书里提到一个观点，说模型的核心价值在于减少歧义，这对我触动很大。我发现过去很多项目返工，其实根源就在于团队成员对同一个名词在不同上下文下的理解存在偏差。这本书提供了一种强有力的工具集，来强制大家使用一套统一的语言来描述系统。虽然某些高级主题的展开略显跳跃，可能需要读者有一定的面向对象编程基础才能完全领会其深意，但整体而言，它成功地将一种看起来很“官方”的建模语言，转化成了一种高效的工程协作手段。

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这本书的装帧设计得相当有格调，那种沉稳的深蓝色封面，配上烫金的字体，初看之下就给人一种“干货满满”的期待感。我是在一个技术论坛上被安利入手的，据说对理解复杂系统架构非常有帮助。翻开扉页，排版清晰，图示的质量也远超我之前看过的几本同类教材，线条流畅，逻辑性极强。特别是关于状态图和活动图的讲解部分，作者似乎非常擅长将抽象的概念具象化，用非常贴近实际业务场景的例子来阐述，比如描述一个电商订单处理流程时，那种步骤的分解和异常路径的处理，描绘得淋漓尽致。读完前几章，我感觉自己对需求分析的严谨性有了全新的认识，不再满足于模糊的文字描述，而是开始习惯于用更结构化的方式去构建和验证思维模型。这本书的价值在于，它不仅仅是罗列了一堆符号和规则，更重要的是它提供了一套观察和设计复杂软件系统的“透镜”。它迫使你慢下来，去思考每一个参与者、每一个状态的转换，以及它们之间精确的交互边界。对于初学者来说，这可能需要一些耐心去适应这种严谨的表达方式，但一旦跨过那道坎，你会发现自己的设计功底有了质的飞跃，能够更自信地面对那些让人头疼的“需求变更”。这本书在我书架上占了很重要的位置，时不时会拿出来翻阅，作为回顾和校准自己设计思维的参考手册。

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我是在一个紧迫的项目启动前夕匆忙购入这本书的，当时团队对新系统的边界划分一直存在争议，气氛有些焦灼。抱着“死马当活马医”的心态翻阅，我发现这本书的结构设计非常利于快速定位和解决特定问题。它不像某些巨著那样按照历史发展顺序娓娓道来，而是采用了更像参考手册的组织方式。如果你正在为数据持久化设计苦恼，可以直接跳到关于持久层建模的部分，那里有一套清晰的步骤和推荐的符号用法。如果你在担心系统之间的接口耦合，关于接口和组件的视图讲解又能迅速提供解决方案的框架。这种“按需取用”的特性，对于忙碌的开发人员来说简直是福音。我尤其欣赏作者在描述系统边界划分时的那种“外科手术般”的精确性。他似乎能一眼看出哪里是模糊地带，然后用一套标准化的工具去“切开”它，展示出清晰的接口。虽然全书涵盖的内容广博，但每一部分都保持了高度的聚焦，没有太多冗余的理论铺垫，直击痛点，非常高效。

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这本书的印刷质量简直是艺术品级别的，纸张的厚度拿在手里沉甸甸的，油墨的黑色非常纯正，这使得书中大量的图形和图例看起来格外清晰锐利，没有丝毫的模糊感。我是一个视觉学习者，对于技术书籍中图形的表现力要求极高，很多廉价印刷的书籍，线条一多就容易混成一团，让人抓狂。但这本书在这方面做得无可挑剔，即便是那些结构复杂的部署图，其组件间的连接和层次关系也一目了然。更值得称道的是，作者在讲解如何绘制不同视图时，不仅仅是展示了最终成果，还穿插了大量关于“为什么选择这种表达方式”的思考过程。例如，在讨论如何平衡模型完整性与可读性时，作者给出了非常实用的权衡标准，而不是一味地鼓吹“必须把所有细节都画上去”。这种对工程实践的深刻洞察，让这本书的实用价值远超一般的教科书。我甚至把它带到了客户现场，用其中展示的几种关键视图，成功地引导了一次高层管理者对技术方案的理解和确认，这种跨专业沟通的效率提升，直接为我节省了数周的澄清时间。

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对于我这种偏爱纯理论和逻辑推导的读者来说，很多实践类的书籍往往显得过于“口水话”。然而，这本书成功地在严谨的逻辑和实际应用之间搭建了一座坚实的桥梁。作者的语言风格沉稳而精准，充满了数学般的美感，尤其是在处理并发和时间序列相关的建模时，那种对“正确性”的执着追求，让人肃然起敬。书中对时序图的精妙阐述，堪称一绝，它不仅展示了消息的发送和接收，更巧妙地融入了对同步、异步以及超时处理的精确建模，这对于设计高可靠性的分布式系统至关重要。我发现，很多我之前通过“直觉”来处理的复杂交互场景，在这本书里都能找到一个优雅且可被验证的符号化表达。它教会我的不仅仅是如何画图，更是如何用一种更具形式化的语言来思考软件的运行机制。读完这本书，我的代码注释质量都有了显著提高，因为我开始在注释中引用模型中的概念，使得代码意图的自我解释能力大大增强。这本书是那种需要细嚼慢咽、反复阅读才能体会其深意的经典，它更像是一把精密的刻刀，雕刻你对系统本质的理解。

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