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| 內容簡介： |
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《数字孪生与智能工厂：技术与应用》系统阐述了数字孪生技术从理论到多层级工业场景的落地实践，构建了覆盖工厂、车间、产线、设备四级架构的完整知识体系。全书以数字孪生核心技术为基石，深入解析了感知-网络-建模-仿真的技术闭环，并融入AI赋能的精益仿真体系，形成“理论-架构-路径”三位一体的方法论。在应用层面，本书既包含智能工厂总体设计、虚实集成、VSM优化等宏观方案，又细化到工具磨床结构、电子装备管控、生产线调试等具体场景，同时延伸至航空发动机、精密刀具、纺织等垂直领域的标杆案例。本书特色在于打破技术孤岛，通过物流规划、设备PHM、就绪度评估等延伸模块，形成全生命周期管理闭环，兼具技术深度与产业广度。本书适合制造企业技术研究人员、工业软件开发者、智能制造领域管理者阅读，也可以作为智能制造相关专业的教材使用。
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| 目錄：
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第1章 数字孪生基本概述 001～027
1.1 数字孪生概念特征与关键技术 002
1.1.1 数字孪生的概念特征 002
1.1.2 数字孪生的感知技术 003
1.1.3 数字孪生的网络技术 005
1.1.4 数字孪生的建模技术 007
1.1.5 数字孪生的仿真技术 010
1.2 数字孪生赋能产业数智化转型 011
1.2.1 数字孪生与智慧城市 011
1.2.2 数字孪生与智慧交通 014
1.2.3 数字孪生与智慧能源 017
1.2.4 数字孪生与智慧医院 019
1.2.5 数字孪生与智能制造 020
1.3 AI赋能精益数字孪生仿真体系 022
1.3.1 精益数字孪生仿真系统基本特征 022
1.3.2 精益数字孪生仿真系统架构设计 024
1.3.3 精益数字孪生仿真系统的实现路径 025
第2章 工厂级数字孪生 028～055
2.1 基于数字孪生的智能工厂建设 029
2.1.1 数字孪生工厂的总体运行体系 029
2.1.2 基于数字孪生的智能工厂架构 031
2.1.3 基于数字孪生的虚实系统集成 033
2.1.4 数字孪生工厂技术与案例解析 035
2.2 基于VSM的数字孪生工厂设计 038
2.2.1 基于价值流程图的工厂设计方法 038
2.2.2 基于数字孪生的工厂设计方法 040
2.2.3 基于VSM+数字孪生的设计方法 042
2.3 工具磨床数字孪生总体架构设计 044
2.3.1 国内外数控工具磨床的发展 044
2.3.2 工具磨床数字孪生结构设计 049
2.3.3 工具磨床数字孪生系统框架 051
2.3.4 工具磨床数字孪生等级模型 053
2.3.5 工具磨床数字孪生四个层次 054
第3章 车间级数字孪生 056～078
3.1 数字孪生车间总体架构与关键技术 057
3.1.1 智能车间系统架构设计 057
3.1.2 数据建模与仿真技术 061
3.1.3 制造实时数据监控技术 062
3.1.4 大数据驱动状态预警技术 064
3.2 数字孪生车间的制造运营管理平台 065
3.2.1 制造运营管理平台的组成部分 065
3.2.2 制造运营管理平台的支撑技术 068
3.2.3 制造运营管理平台的应用场景 069
3.2.4 跨组织制造协同运营管理策略 071
3.3 电子装备车间的智能管控平台建设 072
3.3.1 电子装备车间的架构设计 072
3.3.2 数字孪生车间高保真建模 074
3.3.3 车间多源数据采集与融合 075
3.3.4 数字孪生车间的综合管控 077
第4章 产线级数字孪生 079～105
4.1 基于数字孪生的智能生产系统 080
4.1.1 生产系统规划与设计 080
4.1.2 三维可视化实时监控 082
4.1.3 智能生产调度与装配 083
4.1.4 设备管理与安全防护 084
4.2 自动化生产线可视化模型构建 086
4.2.1 产线可视化模型构成 086
4.2.2 行为逻辑模型的构建 086
4.2.3 数据模型构建与测试 088
4.3 基于数字孪生的生产线监控系统 090
4.3.1 生产线监控系统总体架构 090
4.3.2 感知层与数据模型层设计 092
4.3.3 生产线监控系统软件设计 093
4.4 智能虚拟生产线调试系统设计 096
4.4.1 智能虚拟生产线的整体框架 096
4.4.2 智能虚拟生产线的关键技术 098
4.4.3 智能生产线调试与仿真实例 101
第5章 设备级数字孪生 106～128
5.1 数字孪生重塑设备全生命周期管理 107
5.1.1 传统设备全生命周期管理的痛点 107
5.1.2 数字孪生在设备管理领域的应用 108
5.1.3 设备数字孪生面临的挑战与展望 111
5.1.4 中设智控：数字孪生设备管理系统 113
5.2 基于数字孪生的设备PHM系统 114
5.2.1 传统工业设备PHM的主要方法 114
5.2.2 数字孪生在PHM系统中的应用 117
5.2.3 基于数字孪生的PHM实现路径 118
5.3 设备数字孪生就绪度和成熟度评估 120
5.3.1 设备数字孪生要素与实施路径 120
5.3.2 用户数字孪生就绪度评估指标 123
5.3.3 设备生产商服务能力评估指标 125
5.3.4 系统开发商服务能力评估指标 126
第6章 数字孪生与工厂物流 129～151
6.1 智能工厂物流的规划与构建 130
6.1.1 智能工厂物流的战略价值 130
6.1.2 智能工厂物流的体系框架 131
6.1.3 智能工厂物流的规划步骤 135
6.1.4 智能工厂物流的组织管理 137
6.2 数字孪生在物流领域的应用 140
6.2.1 数字孪生物流系统的总体架构 140
6.2.2 数字孪生在物流领域的应用场景 141
6.2.3 数字孪生在物流领域的应用步骤 144
6.3 基于数字孪生的仓库控制系统 145
6.3.1 数字孪生在WCS中的应用 145
6.3.2 WCS应用的支撑技术体系 148
6.3.3 WCS架构体系与主要功能 150
第7章 行业应用与实践 152～177
7.1 基于数字孪生的航空发动机制造工艺 153
7.1.1 制造工艺数字孪生模型框架 153
7.1.2 复杂构件的智能加工应用 156
7.1.3 整体叶盘制造过程的应用 157
7.2 数字孪生在精密刀具工厂中的应用 159
7.2.1 数字孪生的映射关系 159
7.2.2 刀具智能工厂的参考模型 161
7.2.3 智能生产互联互通信息模型 161
7.2.4 智能刀具单元架构与生产流程 166
7.3 数字孪生在纺织智能工厂中的应用 169
7.3.1 数字孪生赋能纺纱智能工厂 169
7.3.2 纺纱智能工厂的参考模型 170
7.3.3 数字孪生在纺织领域的应用展望 176
参考文献 178～180
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| 內容試閱：
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当今世界正处于新一轮科技革命和产业变革的浪潮之中，以人工智能、物联网、大数据、云计算等为代表的数字技术正在深刻重塑全球制造业的竞争格局。在这一背景下，数字孪生（digital twin，DT）技术作为物理世界与数字世界深度融合的关键使能技术，正日益成为推动制造业数字化转型的核心驱动力。从航空航天到汽车制造，从电子装备到纺织服装，数字孪生技术正在各行业掀起一场智能制造的革命。
数字孪生的概念最早可追溯至2003年美国密歇根大学Michael Grieves教授提出的“镜像空间模型”，其核心要义在于通过构建物理实体的数字化镜像，实现虚实之间的实时交互与协同优化。经过二十多年的发展，数字孪生技术已经从最初的单一产品仿真，演进为涵盖产品全生命周期、制造全流程、企业全价值链的综合性技术体系。特别是在工业4.0和智能制造战略的推动下，数字孪生正在与新一代信息技术深度融合，展现出前所未有的应用潜力。
在制造业数字化转型的过程中，智能工厂作为核心载体，其建设水平直接决定了企业的核心竞争力。而数字孪生技术通过构建工厂物理空间的数字映射，实现了对制造过程的可视化、可预测和可优化。
本书立足于当前制造业数字化转型的实际需求，系统性地构建了数字孪生技术在智能工厂中的应用框架。全书共分为7章，采用从理论到实践、从宏观到微观的递进式结构，全面阐述了数字孪生技术在制造业各层级的应用方法与实施路径。
第1章系统梳理了数字孪生的感知技术、网络技术、建模技术和仿真技术等关键技术体系，还深入探讨了数字孪生与人工智能的融合发展趋势。
第2章创新性地提出了数字孪生工厂的“四维集成”架构，包括物理维度、虚拟维度、数据维度和服务维度。还以工具磨床数字孪生系统为例，详细阐述了数字孪生工厂的实施路径和评估体系。
第3章提出的数字孪生车间“感知-建模-仿真-优化”闭环体系，为车间级智能制造提供了完整的解决方案。
第4章提出的“三维可视化+智能调度”技术框架，有效解决了传统产线调试周期长、柔性不足的痛点。
第5章构建的设备全生命周期数字孪生模型，将传统的事后维修转变为预测性维护。特别是基于数字孪生的PHM（预测与健康管理）系统，为设备可靠性的提升提供了创新性的解决方案。
第6章提出的数字孪生物流系统“五层架构”，实现了从仓储到配送的全流程可视化与智能化。
第7章选取了航空发动机、精密刀具和纺织三个典型行业，深入剖析了数字孪生技术的差异化应用模式。
当前，全球制造业正面临前所未有的变革机遇。数字孪生作为智能制造的关键使能技术，其发展前景广阔但挑战也不容忽视。在技术层面，如何实现多源异构数据的实时融合、如何构建高保真度的仿真模型、如何确保系统的安全可靠，都是需要持续攻关的方向。在实施层面，企业需要根据自身的数字化基础，制定循序渐进的转型路径。希望本书能够为相关领域的从业者、研究者和决策者提供有益的借鉴，共同推动中国制造业的智能化升级。
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