本書立足于“工業4.0”與“中國制造2025”的時代背景，針對我國當前工業經濟的發展現狀與趨勢，全面闡述工業數字孿生的概念特征、實現路徑與關鍵技術體系，系統介紹了工業數字孿生系統的行業應用、功能架構與運行模式；詳細梳理了國內外知名工業數字孿生平臺及典型案例，分別從設備數字孿生、生產線數字孿生、工廠數字孿生三個層面，深度剖析數字孿生技術在工業制造領域的實踐場景；細致分析了工業數字孿生與工業互聯網、工業元宇宙之間的關系，以及三者的融合應用，并進一步探討數字孿生在石油化工、綜合能源、智慧城市、智慧交通等工業細分領域的落地路徑，深度剖析數字孿生技術在智能制造領域的融合與創新應用，為傳統制造業企業的數字化轉型升級提供有益的借鑒和參考。
馮方
紹興文理學院元培學院信息與機電工程分院副院長，高級實驗師；主持省部級以上課題3項，出版教材3部，發表各類期刊論文10余篇，擁有專利10余項；紹興市高端智能裝備行業專家智庫成員，浙江省"政采云"評標專家庫成員。從事機械CAD、智能制造等領域的專業教學工作，主講課程包括"三維實體建模技術""工業機器人仿真與編程""互換性與精度測量"等，主持"機械設計制造及其自動化"專業培養方案的起草以及智"能制造工程"新專業的申報等工作。
翁微妮
浙江省智能網聯汽車創新中心質量專家，六西格瑪黑帶，浙江工業大學機械學院企業講座專家，小綠芽精益公益創始人。現任職于博世電動工具（中國）有限公司，擔任全球新興市場事業部客戶質量經理，擁有10多年設計質量、生產質量、售后質量以及審核、問題解決等質量技術相關的實踐經驗。
趙國利
高級工程師，浙江工業大學兼職教授、研究生導師，浙江大學校外導師，小綠芽精益公益創始人。現任職于博世電動工具（中國）有限公司，擔任全球新興市場事業部精益生產系統設計負責人和工業4.0負責人；擁有20多年生產質量、精益生產、精益設計和工業4.0領域的實踐經驗，主持了公司智能制造規劃、新工廠布局規劃、自動化生產線設計、智能物流設計等20多個項目。
第1章 工業數字孿生概述
1.1 數字孿生概念特征與實現路徑 2
1.1.1 數字孿生的內涵與特征 2
1.1.2 數字孿生相關概念辨析 4
1.1.3 數字孿生的體系架構 6
1.1.4 數字孿生的實現路徑 8
1.1.5 數字孿生技術的未來展望 10
1.2 工業數字孿生的關鍵技術體系 12
1.2.1 數字支撐技術 12
1.2.2 數字線程技術 13
1.2.3 數字孿生體技術 14
1.2.4 人機交互技術 17
1.3 數字孿生賦能制造數字化轉型 19
1.3.1 數字孿生賦能智能制造 19
1.3.2 工業數字孿生的應用價值 20
1.3.3 工業數字孿生的應用場景 22
1.3.4 工業數字孿生的實踐案例 24
第2章 工業數字孿生系統
2.1 數字孿生系統的行業應用 28
2.1.1 城市數字孿生系統 29
2.1.2 建筑數字孿生系統 30
2.1.3 電網數字孿生系統 31
2.1.4 醫療數字孿生系統 32
2.2 IDTS 的概念特征和功能架構 33
2.2.1 IDTS 的定義與主要特征 33
2.2.2 IDTS 的架構、功能與構成 35
2.2.3 IDTS 的成熟度模型構建 38
2.3 IDTS 的運行模式與整體架構 40
2.3.1 本地化配置的運行模式 41
2.3.2 基于“云- 端”的運行模式 43
2.3.3 基于“云- 邊- 端”的運行模式 44
2.3.4 基于分布式計算驅動的IDTS 運行模式 46
第3章 工業數字孿生平臺
3.1 國外數字孿生平臺與典型案例 50
3.1.1 亞馬遜：AWS IoT TwinMaker 50
3.1.2 西門子：Simcenter 仿真解決方案 52
3.1.3 達索：3D EXPERIENCE 平臺 53
3.1.4 安賽思：Ansys Twin Builder 54
3.1.5 Altair：One Total Twin 55
3.1.6 IBM：Digital Twin Exchange 56
3.2 國內數字孿生平臺與典型案例 56
3.2.1 華為：云IoT 解決方案 56
3.2.2 騰訊：數字孿生云平臺 59
3.2.3 華龍訊達：木星數字孿生平臺 60
3.2.4 卡奧斯：D3OS 數字孿生平臺 61
3.2.5 力控科技：ForceCon-DTwIn 數字孿生平臺 63
3.2.6 同元軟控：MWORKS.TwinSim 數字孿生平臺 65
第4章 設備數字孿生
4.1 設備數字孿生的應用場景與價值 68
4.1.1 總體框架與實施要素 68
4.1.2 設備數字孿生的應用場景 70
4.1.3 設備數字孿生的應用價值 73
4.1.4 設備數字孿生應用成熟度評估模型 76
4.2 設備數字孿生的數據互聯 79
4.2.1 數據采集 79
4.2.2 數據傳輸 81
4.2.3 數據存儲 82
4.2.4 數據處理 83
4.3 基于數字孿生的設備PHM 系統 84
4.3.1 工業設備PHM 的技術方法 84
4.3.2 數字孿生驅動的PHM 應用 87
4.3.3 基于數字孿生模型的故障診斷預測 88
第5章 生產線數字孿生
5.1 基于數字孿生的智能生產線 94
5.1.1 生產線數字孿生系統優勢 94
5.1.2 智能化生產系統規劃設計 95
5.1.3 數字孿生與智能生產管控 98
5.1.4 智能生產管控的具體應用 100
5.2 基于數字孿生的MOM 應用場景 103
5.2.1 可視化實時監控 103
5.2.2 智能化生產調度 103
5.2.3 生產裝配輔助 104
5.2.4 倉儲物流優化 105
5.2.5 生產能耗精細化管理 106
5.2.6 實時模擬與遠程監控 108
5.3 煉鐵生產線數字孿生解決方案 109
5.3.1 煉鐵生產線數字孿生體的構建 109
5.3.2 基于3D 交互的虛擬學習空間 112
5.3.3 煉鐵生產過程的協同優化 113
5.3.4 煉鐵設備故障診斷與維護 114
5.3.5 煉鐵過程的管理與決策優化 115
第6章 工廠數字孿生
6.1 工業數字孿生賦能智能工廠 118
6.1.1 工廠數字孿生系統的原理與優勢 118
6.1.2 工廠數字孿生系統的典型特征 120
6.1.3 工廠數字孿生系統的總體架構 122
6.1.4 工廠數字孿生系統的應用場景 124
6.2 基于數字孿生的智能工廠建設 126
6.2.1 兩化融合驅動的智能工廠 126
6.2.2 智能工廠的總體運行體系 127
6.2.3 數字孿生智能工廠的建設架構 129
6.2.4 基于數字孿生的虛實系統集成 132
6.3 數字孿生車間系統的建設實踐 134
6.3.1 數字孿生車間的總體框架 134
6.3.2 車間數字孿生的功能需求 137
6.3.3 車間關鍵要素的數字建模 139
6.3.4 車間設備數字孿生的實現 141
第7章 數字孿生與工業互聯網
7.1 工業互聯網平臺架構與應用場景 146
7.1.1 工業互聯網平臺的體系架構 146
7.1.2 工業互聯網平臺的構建路徑 149
7.1.3 工業互聯網平臺的關鍵技術 150
7.1.4 工業互聯網平臺的應用場景 154
7.2 工業互聯網的網絡關鍵技術 156
7.2.1 工業互聯網網絡技術架構 156
7.2.2 網絡互聯技術 158
7.2.3 數據互通技術 160
7.2.4 系統互操作技術 161
7.2.5 工業互聯網網絡發展趨勢 162
7.3 數字孿生與工業互聯網融合 164
7.3.1 數字孿生驅動的工業互聯網 164
7.3.2 數字孿生賦能工業互聯網發展 166
7.3.3 基于工業互聯網的數字孿生技術 168
7.3.4 面向工業物聯網的數字孿生應用 170
第8章 數字孿生與工業元宇宙
8.1 基于數字孿生的工業元宇宙 174
8.1.1 工業元宇宙的體系架構 174
8.1.2 工業元宇宙的關鍵技術 176
8.1.3 元宇宙開啟工業新革命 179
8.1.4 工業元宇宙的戰略價值 181
8.2 工業元宇宙的應用場景 183
8.2.1 工業產品協同設計 183
8.2.2 生產制造流程優化 185
8.2.3 智慧物流供應鏈管理 187
8.2.4 微軟Azure 工業元宇宙解決方案 188
第9章 數字孿生在各工業領域的應用
9.1 數字孿生在石化工業中的應用 194
9.1.1 油氣勘探與開發的數字化 194
9.1.2 工程裝備全生命周期管理 195
9.1.3 石油鉆井過程可視化監測 196
9.1.4 油氣管道的數字孿生應用 197
9.1.5 石油煉化工藝的智能優化 198
9.2 基于數字孿生的綜合能源系統 200
9.2.1 綜合能源系統架構設計 200
9.2.2 系統規劃設計應用 203
9.2.3 建模仿真平臺應用 204
9.2.4 運行優化控制應用 205
9.2.5 運維故障預警應用 207
9.2.6 城市能源安全應用 209
9.3 數字孿生在智慧城市中的應用 210
9.3.1 數字孿生城市的發展歷程 210
9.3.2 數字孿生城市的支撐技術 212
9.3.3 基于三維建模的智慧城市 214
9.3.4 數字孿生城市的實踐策略 216
9.4 數字孿生在智慧交通中的應用 218
9.4.1 我國智慧交通的發展歷程 218
9.4.2 數字孿生交通的發展現狀 220
9.4.3 基于數字孿生的智慧交通應用 221
9.4.4 我國智慧交通產業的實踐策略 223
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