数字孪生技术与工程实践——模型+数据驱动的智能系统

本书作者多年来从事复杂生产系统建模、数字化工厂技术的推广应用以及数字孪生技术的研究，有着丰富的技术积累和实战经验。本书在分析数字孪生基本概念的基础上，以智能制造和智能建造为基本切入点，阐述了模型驱动方法和数据驱动智能的融合技术，为数字孪生的构建、设计和实现提供了技术指引。同时，结合典型软件平台，给出了数字孪生系统的典型开发方法和具体实施案例，为国内外企业实施数字孪生系统提供有益的参考。 本书可供生产制造企业数字化转型实施人员，从事智能制造、智能建造、智慧城市、自动化、人工智能领域的工程技术人员，以及对数字孪生、工业物联网、工业4.0、智能制造、数字化工厂等感兴趣的各界人士阅读参考，也可以作为智能制造、人工智能、智能建造相关专业高年级本科生和研究生的教材。

三位作者均来自同济大学电子与信息学院CIMS研究中心，多年来从事复杂生产系统建模、数字化工厂技术的推广应用以及数字孪生技术的研究，在智能工厂和企业应用集成、工业互联网平台及应用等方面有着丰富的技术积累和实战经验。

目录 CONTENTS 前言 第1章 数字孪生的发展 1.1物理孪生和数字孪生 1.2数字孪生的概念 1.3数字孪生的特征 1.4数字孪生体的生命周期 1.5数字孪生的应用 1.5.1数字孪生应用对象类别 1.5.2数字孪生应用功能类别 1.5.3数字孪生典型应用场景 1.6数字孪生的发展 1.6.1各国的政策和发展 1.6.2相关企业的推动第 第2章 数字孪生相关技术和一般架构 2.1数字孪生的技术基础 2.1.1建模仿真技术 2.1.2虚拟制造技术 2.1.3数字样机技术 2.2数字孪生推动力——新兴信息技术 2.2.1信息物理系统 2.2.2工业互联网与工业互联网平台 2.2.3大数据 2.2.4云计算 2.2.5VR/AR/MR 2.2.6数字主线 2.3数字孪生系统的一般架构 2.3.1一般架构设计 2.3.2数字孪生引擎 第3章 面向智能制造的数字孪生生态 3.1智能制造与智能工厂 3.1.1智能制造的内涵与定义 3.1.2智能制造特征 3.1.3智能制造系统 3.1.4智能工厂是智能制造的载体 3.2基于数字孪生的智能制造 3.2.1智能产品的数字孪生应用场景 3.2.2智能生产系统的数字孪生应用场景 3.2.3供应链管理的数字孪生应用场景 3.3制造数字孪生生态 3.3.1面向智能制造的数字孪生系统 3.3.2多域融合的数字孪生生态系统 3.3.3基于生态的模型治理与协同演化 第4章 数字化工厂和数字孪生工厂 4.1数字化工厂规划与管控 4.1.1工厂全生命周期与数字化工厂的概念 4.1.2数字化工厂规划 4.1.3工厂数字模型4.1.4数字交付 4.1.5数字化工厂管控 4.2工厂数字孪生系统中的模型和数据 4.2.1基于模型的定义（MBD）和基于模型的企业（MBE） 4.2.2数字孪生与MBE的关系 4.2.3工厂数字孪生系统中的模型 4.3工厂数字孪生系统的特点与结构 4.3.1工厂数字孪生系统的特点 4.3.2工厂数字孪生系统的总体架构 4.4工厂数字孪生系统的构建 4.4.1工厂数字孪生系统生命周期 4.4.2工厂数字孪生系统实施的重点技术 4.4.3工厂数字孪生系统的实现方法 第5章 基于数字孪生的智能建造与智慧城市 5.1基于数字孪生的智能建造 5.1.1BIM与智能建造 5.1.2智能建造与数字孪生 5.2基于数字孪生的智慧城市 5.2.1城市是一个开放的复杂巨系统 5.2.2城市模型和城市信息模型 5.2.3智慧城市与数字孪生 5.2.4城市数字孪生系统架构 5.3数字孪生城市应用案例 5.3.1智慧临港 5.3.2虚拟新加坡 第6章 数字孪生的智能化应用 6.1知识及其表达 6.1.1数据和知识 6.1.2知识表示 6.1.3知识推理 6.2模型和数据双驱动的优化 6.3基于数字孪生的机器学习 6.3.1基于模型的生成对抗网络 6.3.2基于模型和数据的迁移学习 6.4基于数字孪生的装配优化 6.4.1背景 6.4.2装配产品数字孪生体的构建 6.4.3基于知识图谱的装配工艺表达及动态优化 6.4.4“操作-状态-质量反馈”三层结构下的质量控制过程 6.4.5应用案例 6.5基于数字孪生的设备维护 6.5.1设备维护理论 6.5.2复杂设备预测性维护方法 6.5.3数字孪生驱动的设备预测性维护框架 6.5.4应用案例 第7章 数字孪生系统开发和应用案例 7.1利用Unity开发数字孪生应用的准备 7.1.1Unity开发环境配置 7.1.2AR和VR环境配置 7.1.3Unity中WebService接口实现 7.1.4Unity中Socket通信 7.2智能车间数字孪生系统实施案例 7.2.1智能车间数字孪生系统功能需求分析 7.2.2智能制造单元数字孪生原型系统构建框架 7.2.3智能车间数字孪生原型系统的具体实现 7.2.4运行结果 7.3数字孪生生产系统中VR/AR可视化应用 7.3.1生产系统中可视化应用需求分析 7.3.2数字孪生生产系统AR/VR应用架构 7.3.3基于AR的生产管理模块 7.3.4基于AR的装配可视化指导 7.3.5基于VR的生产管理可视化指导 缩略语 参考文献