数字孪生技术与实践/数字经济技术前沿丛书

数字经济被认为是继农 业经济、工业经济之后的主 要经济形态，其发展速度之 快、辐射范围之广、影响程 度之深已受到全球范围内的 关注。本书作为数字经济系 列教材的一部分，突出数字 孪生技术与实践的深度融合 ，系统地讲解了数字孪生基 础理论、关键技术及实践应 用，通过丰富的实际案例将 抽象问题具体化，探讨数字 孪生在智能制造、智慧城市 、智慧能源等多个关键领域 的应用，力求做到知识传授 与实践指导相结合，为培养 数字经济理论及应用型人才 提供参考。本书适合作为高 等教育课程教材和科研参考 资料，具有教学与研究的双 重价值，为教学需求和科研 探索提供了坚实的支持。

陈晓红，东京工业大学博士，中国工程院院士，第十三、第十四届全国政协委员。我国管理科学与工程、工程管理及数据智能领域的著名专家。现任湖南工商大学党委书记、湘江实验室主任、中南大学商学院名誉院长、中国工程院工程管理学部常委、国务院学位委员会管理科学与工程学科评议组召集人、教育部科技委管理学部副主任、湖南省科协副主席、湖南省院士咨询与交流促进会副会长。

上篇：原理技术篇 第1章 数字孪生概念及发展 1.1 数字孪生的起源和概念定义 1.1.1 数字孪生的起源 1.1.2 数字孪生的概念详解 1.2 数字孪生的关键特征 1.2.1 实时性：数据的实时更新与反馈 1.2.2 互动性：与物理实体的动态交互 1.2.3 精确性：高精度仿真 1.2.4 可扩展性：模型与系统的可适应性 1.2.5 模块性：系统组件的独立与协作 1.2.6 互操作性：不同系统间的协同工作能力 1.3 数字孪生的发展历程 1.3.1 初始阶段和关键发展 1.3.2 各国的政策和技术发展 1.3.3 企业在数字孪生推动中的作用 第2章 数字孪生体系架构 2.1 数字孪生平台设计 2.1.1 数字孪生平台设计理念 2.1.2 数字孪生平台设计方法 2.2 数字孪生系统架构 2.2.1 概念与体系架构设计 2.2.2 参考功能架构 2.2.3 参考技术架构 2.2.4 参考接口定义 2.3 数字孪生平台功能设计 2.3.1 场景构建工具 2.3.2 自动拓扑工具 2.3.3 模型资产管理 2.3.4 三维可视化能力 2.3.5 运行规则管理 2.4 数字孪生系统设计实现 2.4.1 设备孪生场景 2.4.2 空间孪生场景 2.4.3 人员孪生场景 第3章 数字孪生相关技术 3.1 虚拟现实技术详细介绍 3.1.1 虚拟现实定义 3.1.2 虚拟现实技术发展历史 3.1.3 虚拟现实技术分类 3.1.4 虚拟现实技术特征 3.1.5 虚拟现实关键技术 3.1.6 虚拟现实技术应用 3.1.7 虚拟现实技术挑战 3.2 人工智能与机器学习技术 3.2.1 机器学习的概念 3.2.2 机器学习的原理 3.2.3 机器学习的分类 3.2.4 机器学习关键算法 3.3 大数据挖掘技术 3.3.1 数据挖掘的一般过程 3.3.2 数据挖掘的对象 3.3.3 数据挖掘的任务 3.3.4 数据挖掘的方法 3.3.5 数据挖掘工具与平台 3.3.6 大数据挖掘与分布式学习 3.4 区块链技术 3.4.1 区块链定义 3.4.2 区块链的发展历史 3.4.3 区块链分类 3.4.4 区块链关键技术 3.4.5 区块链架构 3.4.6 区块链应用场景 第4章 面向智能制造的数字孪生 4.1 数字孪生与智能制造 4.1.1 新一轮智能制造浪潮的兴起 4.1.2 数字孪生产生背景 4.1.3 智能制造与数字孪生 4.2 面向智能制造的数字孪生生态 4.2.1 智能制造与智能工厂 4.2.2 基于数字孪生的智能制造 4.2.3 制造数字孪生生态 4.3 生产制造情境下的数字孪生方法 4.3.1 制造体系中与数字孪生相关的关键概念 4.3.2 面向制造的数字孪生实践环 4.3.3 基于数字孪生实践环构建数字孪生工厂 4.3.4 工厂不同阶段的数字孪生构建重点 4.4 规划阶段的数字孪生 4.4.1 一种基于数字孪生的规划框架 4.4.2 基于IIoT和仿真的数字孪生方法设计 4.5 生产控制阶段的数字孪生 4.5.1 面向智能制造的生产控制数字孪生构成讨论 4.5.2 设计基于IoT和机器学习的数字孪生方法 4.5.3 生产控制数字孪生的组成要素分析 4.6 流程再造阶段的数字孪生 4.6.1 生产流程再造的数字孪生方法 4.6.2 基于数字孪生改进的VSM方法 第5章 面向智慧城市的数字孪生 5.1 智慧城市与数字孪生城市 5.1.1 智慧城市的定义 5.1.2 数字孪生城市的内涵及特征 5.2 数字孪生城市架构及生态 5.2.1 数字孪生城市的整体架构 5.2.2 数字孪生城市生态体系 5.3 面向智慧城市的数字孪生技术体系 5.3.1 GIS、BIM、IoT、CIM、大数据、AI、区块链、5G等技术 5.3.2 数字孪生城市的技术体系架构 5.4 智慧城市数字孪生建设路径 5.4.1 智慧城市的顶层设计体系 5.4.2 数字孪生城市的建设路径 5.5 典型案例 5.5.1 国内智慧城市案例分析 5.5.2 国外智慧城市案例分析 第6章 面向智慧能源的数字孪生 6.1 智能电网中数字孪生的定义及发展 6.2 智能电网数字孪生架构 6.3 数字孪生在智能电网中的作用 6.3.1 智能调度与优化 6.3.2 新能源接入与并网运行 6.3.3 电网安全与稳定 6.3.4 电力设备预测性维护与故障诊断 6.3.5 微电网与能源互联网发展支持 6.3.6 智能电表与用电信息管理 6.3.7 电力系统规划与优化 6.4 数字孪生在电力行业的应用典型案例 6.4.1 新能源发电预测 6.4.2 输变电设备状态评估和故障诊断 6.5 数字孪生在电力行业存在的问题及