在當今智能化時代，數字仿真作為一項前沿性技術正迅速崛起，為整個工業帶來了更多可能性和發展機遇。三一集團是工業先驅，有義務也有責任以身作則。于是，三一集團積極探索數字仿真之道，致力于將其應用到產品研發、設計、創新、改進等諸多環節中。 本書以三一集團的數字仿真戰略為核心，先介紹了數字仿真的理論知識、發展現狀、全球格局等內容，同時總結了三一集團在數字仿真上所做的努力。然后，本書又深入講述了三一集團的數字仿真體系，包括流程體系、人才體系、方法體系；數字仿真技術，包括結構仿真、振動與噪聲仿真、多體動力學仿真、流體仿真、系統仿真、電磁仿真；數字仿真創新方案，包括仿真數智化和數字孿生，可謂是干貨滿滿。 之所以創作本書，除了總結和分析三一集團的數字仿真之道以外，也是希望其他工業企業可以受到啟發，盡快制定出適合自己的數字仿真戰略，為工業轉型貢獻一份力量。
郄永軍 三一集團副總經理、數字孿生研究院院長，仿真與數字孿生委員會主任，研究員，清華大學創新領軍工程博士，美國匹茲堡大學訪問學者，清華大學與北京航空航天大學兼職講師，中企聯智慧企業推進委員會副秘書長，中國工業合作協會副理事長兼仿真技術產業分會副會長，中國數字仿真論壇副主席，全國兩化融合標委會制造業數字化仿真管理標準工作組成員，原航空工業信息化專家組和系統工程專家組成員，航空工業 CAD/CAE/PLM（計算機輔助設計 / 計算機輔助工程 / 產品生命周期管理）一級技術專家，先后任職于航空工業信息技術中心和阿里巴巴集團，擁有國際系統工程協會（INCOSE）系統工程師認證和 The Open Group TOGAF 企業架構師認證。在基于模型的系統工程（MBSE）、數字設計、數字仿真、數字孿生等先進數字技術領域擁有豐富的咨詢、培訓與工程實踐經驗，擔任過工信部、科技部、中央軍委裝備發展部多個科研項目負責人，作為主創人之一的“大型航空企業基于數字系統工程的正向創新型研發體系建設”項目榮獲第二十五屆全國企業管理現代化創新成果一等獎，在基于模型的系統工程、數字仿真與數字孿生領域發表論文 20 余篇，參與編制了《制造業數字化仿真 分類》《數字孿生模型評估規范》等 10 余個國際、國家和團體標準，榮獲航空工業信息化突出貢獻者獎、航空工業科學技術獎、2024 數字仿真科技獎“杰出貢獻獎”、三一集團“三一人物”獎等獎項。
識局篇 工業轉型戰略選擇 / 001
第1章
數字仿真：現代工業企業升級之道 / 002
1.1 時代變革：走近數字仿真 / 003
1.1.1 數字仿真究竟是什么 / 003
1.1.2 數字仿真有哪些特點 / 004
1.2 發展格局：數字仿真不斷進階 / 006
1.2.1 仿真技術發展歷史 / 007
1.2.2 新時代的數字仿真內涵 / 008
1.3 應用場景：數字仿真價值展現 / 013
1.3.1 產品設計：優化產品性能，提升產品競爭力 / 013
1.3.2 物理試驗：縮短試驗周期，降低試驗成本 / 018
1.3.3 售后服務：洞察故障機理，提升客戶滿意度 / 021
1.4 價值升級：數字仿真與產品創新 / 024
1.4.1 加快產品創新速度 / 024
1.4.2 降低產品創新成本 / 025
1.5 三一集團：爭做行業數字仿真引領者 / 028
1.5.1 體系戰略：自主打造數字仿真體系 / 028
1.5.2 技術戰略：將仿真技術價值發揮到極致 / 036
1.5.3 數智戰略：提升仿真自動化與智能化水平 / 039
技術篇 數字仿真技術落地 / 043
第2章
結構仿真：提高結構可靠性，延長壽命 / 044
2.1 結構仿真概述 / 045
2.1.1 結構仿真關鍵技術 / 045
2.1.2 結構仿真典型應用場景 / 048
2.2 結構可靠性仿真典型案例 / 049
2.2.1 挖掘機：工作裝置更加經久耐用 / 049
2.2.2 裝載機：車架更加安全可靠 / 052
2.2.3 機械式壓裂泵：疲勞壽命仿得更準 / 054
2.2.4 風力發電機：葉片疲勞試驗周期更短、成本更低 / 056
2.2.5 自卸車：電池框壽命更長 / 059
2.3 結構輕量化仿真典型案例 / 061
2.3.1 起重機：配重塊不“重”很關鍵 / 062
2.3.2 消防車：臂架全姿態減重增效 / 064
第3章
振動與噪聲仿真：舒適度大提升 / 067
3.1 振動仿真概述 / 068
3.1.1 振動仿真關鍵技術 / 068
3.1.2 振動仿真典型應用場景 / 069
3.2 噪聲仿真概述 / 070
3.2.1 噪聲仿真關鍵技術 / 070
3.2.2 噪聲仿真應用場景 / 071
3.3 振動與噪聲仿真典型案例 / 072
3.3.1 電動堆高機：更好的操作舒適體驗 / 072
3.3.2 電動港口牽引車：更好的駕乘舒適性 / 075
3.3.3 電動自卸車：讓駕駛更平順 / 078
3.3.4 挖掘機：出色的產品降噪性能 / 080
3.3.5 柱塞泵：運行更安靜 / 083
第4章
多體動力學仿真：解析運動特性 / 086
4.1 多體動力學仿真概述 / 087
4.1.1 多體動力學仿真關鍵技術 / 087
4.1.2 多體動力學仿真典型應用場景 / 089
4.2 多體動力學仿真典型案例 / 090
4.2.1 混凝土泵車：臂架走得穩、打得準 / 090
4.2.2 牽引車：更精準的載荷數據 / 092
4.2.3 自卸車：卓越的駕駛操控 / 094
4.2.4 正面吊：更好的防傾翻性能 / 097
第五章
流體仿真：將復雜流體運動具象化 / 100
5.1 流體仿真概述 / 101
5.1.1 流體仿真關鍵技術 / 101
5.1.2 流體仿真典型應用場景 / 103
5.2 流場仿真典型案例 / 103
5.2.1 氫燃料牽引車：更好的散熱性能 / 104
5.3 溫度場仿真典型案例 / 106
5.3.1 駕駛室：把冬日嚴寒擋在車外 / 106
5.3.2 駕駛室：不懼酷熱挑戰 / 109
5.3.3 駕駛室：除霜又除霧，視野更清晰 / 111
5.3.4 自卸車：有溫度的貨箱底板 / 113
5.3.5 光伏裝備：溫度均勻的真空鍍膜設備 / 115
5.4 多相流仿真典型案例 / 117
5.4.1 粉體攪拌機：攪拌既快又均勻 / 117
5.4.2 氫燃料電池：高效的分水性能 / 119
5.5 離散元仿真典型案例 / 122
5.5.1 挖掘機：鏟斗裝載物料模擬更逼真 / 122
5.5.2 光伏裝備：加料器硅料輸送更穩定 / 124
5.6 多物理場耦合仿真典型案例 / 127
5.6.1 氫能裝備：節能與降本兩者兼得 / 127
第6章
系統仿真：讓系統 / 零部件匹配更好，性能更優 / 130
6.1 系統仿真概述 / 131
6.1.1 系統仿真關鍵技術 / 131
6.1.2 系統仿真典型應用場景 / 133
6.2 機電液控聯合仿真典型案例 / 134
6.2.1 電動裝載機：效率更高、能耗更低 / 134
6.2.2 破拆消防車：臂架系統作業更平順 / 136
6.3 動力經濟性仿真典型案例 / 139
6.3.1 氫燃料牽引車：更低的氫耗、更長的續航 / 139
6.3.2 汽車起重機：更低的作業能耗、更出色的機動性能 / 142
6.4 能量管理仿真典型案例 / 144
6.4.1 電動自卸車：電池 / 電機系統匹配更好、運行更安全 / 145
6.4.2 電動裝載機：集成式熱管理系統極致的性能開發 / 147
6.5 數字樣機：提升研發效率、縮短研發周期的利器 / 150
6.5.1 什么是數字樣機 / 151
6.5.2 超大型挖掘機：整機級性能樣機帶來的美好體驗 / 152XIX
第7章
電磁兼容仿真：減少干擾，讓系統更安全可靠 / 156
7.1 電磁兼容仿真概述 / 157
7.1.1 電磁兼容仿真技術分類 / 157
7.1.2 電磁兼容仿真典型應用場景 / 158
7.2 電磁兼容仿真典型案例 / 159
7.2.1 牽引車：“大腦”更加安全可靠 / 159
7.2.2 牽引車：整車天線布局更合理 / 161
創新篇 數字仿真創新戰略 / 163
第8章
仿真數智化：引領數字仿真發展趨勢 / 164
8.1 仿真自動化 / 165
8.1.1 仿真自動化的價值 / 165
8.1.2 路機：結構仿真自動化工具集 / 167
8.1.3 履帶板：結構輕量化仿真自動化工具 / 169
8.1.4 裝載機：三維熱平衡仿真自動化工具 / 172
8.1.5 牽引車：動力經濟性仿真自動化工具 / 174
8.2 仿真全量全要素在線 / 176
8.2.1 仿真在線的價值 / 176
8.2.2 三一仿真在線實踐 / 177
8.3 仿真智能化是大勢所趨 / 181
8.3.1 仿真智能化的內涵 / 181
8.3.2 仿真智能化的探索與實踐 / 182
第9章
數字孿生：譜寫數字仿真新篇章 / 185
9.1 數字孿生概述 / 186
9.1.1 數字孿生概念與內涵 / 186
9.1.2 數字孿生關鍵技術 / 187
9.2 數字孿生典型案例 / 189
9.2.1 抓料機：基于數字孿生的產品能耗優化 / 189
9.2.2 混凝土攪拌站：基于數字孿生的智慧園區 / 191
9.2.3 光伏裝備：基于數字孿生的組件智能工廠 / 193
9.2.4 綜采設備：基于數字孿生的綜采智能作業 / 195
9.2.5 正面吊：基于 AR/VR 的虛擬培訓 / 197
9.3 工業數字孿生向工業元宇宙演進 / 198
9.3.1 工業元宇宙概念與內涵 / 199
9.3.2 工業元宇宙帶來的變革 / 200
彩 插 / 203
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