电子设备的建模、仿真与数字孪生

本书对电子设备数字孪生相关技术进行了较为系统的介绍，包括电子设备的研制特点及应用的数字化技术，电子设备数字样机的模型构建方法，数字样机的仿真流程与实现，数字孪生系统的建模理论与方法，数字孪生系统构建流程与方法，数字孪生系统在电子设备设计、制造和运维中的应用等。

第1章 电子设备数字孪生 1 1.1 概述 1 1.2 电子设备的研制特点与数字化研制 2 1.2.1 电子设备的研制特点 2 1.2.2 电子设备的数字化研制 3 1.3 虚实融合的数字孪生系统 6 1.3.1 数字孪生体系 7 1.3.2 数字孪生的数字世界 10 1.3.3 数字孪生的物理世界 11 1.3.4 数字孪生的虚实映射 12 第2章 面向全生命周期的电子设备数字样机建模 15 2.1 概述 15 2.1.1 电子设备数字样机的内涵 15 2.1.2 电子设备数字样机的分类 16 2.1.3 电子设备数字样机的特点 17 2.1.4 面向全生命周期的数字样机 17 2.1.5 数字样机的同源建模 18 2.2 电子设备设计样机建模 20 2.2.1 几何样机建模 20 2.2.2 性能样机建模 29 2.3 电子设备工艺样机建模 45 2.3.1 概述 45 2.3.2 IC封装的工艺样机建模 46 2.3.3 微系统封装的工艺样机建模 46 2.3.4 PCB电子装联的工艺样机建模 48 2.3.5 零件加工工艺样机建模 53 2.3.6 整机装配工艺样机建模 58 2.4 电子设备制造样机建模 61 2.4.1 加工对象建模 61 2.4.2 制造资源建模 61 2.4.3 沉浸式虚拟制造环境 64 2.4.4 数字孪生产线建模 64 2.5 电子设备运维样机和培训样机建模 64 2.5.1 电子设备运行样机建模 64 2.5.2 电子设备维修样机建模 65 2.5.3 电子设备培训样机建模 66 第3章 面向全生命周期的电子设备数字化仿真 68 3.1 电子设备设计仿真 68 3.1.1 电子设备结构性能仿真 68 3.1.2 电子设备热性能仿真 88 3.1.3 电子设备电性能仿真 96 3.1.4 电子设备机电热多学科仿真 100 3.2 电子设备工艺仿真 107 3.2.1 微系统封装工艺仿真 107 3.2.2 PCB电子装联工艺仿真 110 3.2.3 零件加工工艺仿真 112 3.2.4 整机装配工艺仿真 117 3.3 电子设备制造仿真 121 3.3.1 布局仿真 121 3.3.2 节拍仿真 121 3.3.3 物流仿真 122 3.4 电子设备运维仿真 122 3.4.1 培训仿真 122 3.4.2 维修仿真 123 第4章 电子设备数字孪生系统的建模理论与方法 124 4.1 系统的微分方程 124 4.1.1 系统建模理论的发展 124 4.1.2 基于模型的系统工程 124 4.1.3 数字孪生在MBSE中的应用路径 125 4.2 复杂数字孪生体层次化建模理论 126 4.2.1 复杂数字孪生体的特征和建模过程 126 4.2.2 4C架构中复杂数字孪生体的划分 128 4.2.3 简单数字孪生体到复杂数字孪生体的组装 133 4.3 复杂数字孪生的应用方法 137 4.3.1 多源异构数据集成 137 4.3.2 数字孪生模型物理规则融合方法 140 4.3.3 基于包围盒与八叉树结构的剔除算法 141 4.4 复杂数字孪生的应用案例 145 第5章 电子设备数字孪生系统的构建 153 5.1 电子设备数字孪生体数字世界的构建 153 5.1.1 制造孪生样机的构建 153 5.1.2 产品孪生样机的构建 162 5.2 电子设备数字孪生体物理世界的构建 172 5.2.1 面向数字孪生的智能制造车间构建 172 5.2.2 面向数字孪生的智能电子设备构建 178 5.3 电子设备数字孪生的虚实融合 181 5.3.1 数据融合 181 5.3.2 行为融合 185 5.3.3 交互融合 187 第6章 电子设备数字孪生系统的应用 188 6.1 基于数字孪生的智慧设计 188 6.1.1 基于数字孪生的设计优化 188 6.1.2 基于数字孪生的工艺优化 189 6.1.3 基于数字孪生的人因分析与优化 190 6.2 基于数字孪生的智能制造 191 6.2.1 数据驱动的自适应加工 191 6.2.2 基于数字孪生的智能装配 192 6.2.3 基于数字孪生的质量管理 194 6.3 基于数字孪生的智能运维 195 6.3.1 基于数字孪生的健康监控与运行优化 195 6.3.2 基于数字孪生的故障诊断与维修 196