工业数字孪生与企业应用实践

目 第1章 工业数字孪生的发展 1
1.1 数字孪生的概念 2
1.2 数字孪生的特征 10
1.3 面向智能制造的工业数字孪生 13
1.4 工业数字孪生的发展阶段 16
1.5 工业数字孪生的功能架构 17
1.6 发展工业数字孪生的意义 17
1.7 工业数字孪生应用行业分析 19
1.7.1 流程行业分析 20
1.7.2 多品种小批量离散行业分析 21
1.7.3 少品种大批量离散行业分析 21
1.8 工业数字孪生产业布局动向 22
1.8.1 产业布局 23
1.8.2 企业合作分析 25
1.8.3 巨头发展布局分析 27
1.9 国内外工业数字孪生发展情况 31
1.9.1 政策层面 32
1.9.2 行业应用层面 33
1.9.3 市场层面 33
1.9.4 企业主体层面 34
1.9.5 标准化层面 34
1.10 本章小结 35
1.11 参考资料 36
第2章 工业数字孪生技术体系及
关键技术 37
2.1 技术体系架构 39
2.1.1 概念 39
2.1.2 工业数字孪生技术体系 42
2.1.3 小结 46
2.2 数字支撑技术 48
2.2.1 概念 48
2.2.2 技术体系 49
2.2.3 小结 51
2.3 数字线程技术 52
2.3.1 概念 53
2.3.2 技术体系 55
2.3.3 小结 57
2.4 数字孪生体技术 58
2.4.1 概念 58
2.4.2 技术体系 60
2.4.3 小结 66
2.5 人机交互技术 67
2.5.1 概念 68
2.5.2 技术体系 73
2.5.3 小结 78
2.6 参考资料 79
第3章 工业互联网支持下的数字孪生车间构建 81
3.1 数字孪生车间管理的相关理论 81
3.1.1 车间管理的发展及需求分析 81
3.1.2 数字孪生车间的概念及应用 83
3.1.3 虚拟车间、数字车间与数字
孪生车间的比较 85
3.2 数字孪生车间构建的总体设计 86
3.2.1 工业互联网技术对数字
孪生车间构建的支持 86
3.2.2 数字孪生车间的总体架构 87
3.2.3 数字孪生车间运行模式 90
3.3 数字孪生车间构建的实施策略 92
3.3.1 统筹规划，服务战略 92
3.3.2 聚焦痛点，扎实推进 93
3.3.3 以人为本，管理取胜 93
3.3.4 效益驱动，落地为王 94
3.4 数字孪生车间构建的实现方案 94
3.4.1 数字孪生车间设备的集成及互联互通 95
3.4.2 基于数字孪生的数字化车间建模 96
3.4.3 面向数字孪生的数据采集系统 106
3.4.4 数字孪生车间管理系统 115
3.5 数字孪生车间的构建效果评估及分析 127
3.5.1 设备互联互通，实时数据汇聚 128
3.5.2 生产协同管理，问题智能预警 128
3.5.3 持续迭代优化，支持精准决策 128
3.6 本章小结 129
3.7 参考资料 129
第4章 构建基于数字孪生的智慧工厂 131
4.1 制造业工厂的发展现状浅析 131
4.1.1 制造业工厂的定义 132
4.1.2 制造业工厂的发展历程 132
4.1.3 制造业工厂目前所面临的问题 133
4.2 数字孪生智慧工厂的设计思路 134
4.2.1 智慧工厂的发展 135
4.2.2 数字孪生智慧工厂的建设目标 136
4.2.3 数字孪生智慧工厂的总体规划 138
4.2.4 智慧工厂实现数字孪生的技术路线 141
4.2.5 构建数字孪生智慧工厂的意义 145
4.3 数字孪生在智慧工厂中的应用场景 147
4.3.1 基于数字孪生的生产工艺设计系统 147
4.3.2 基于数字孪生的生产过程监控系统 152
4.3.3 基于数字孪生的物流仓储系统 158
4.3.4 基于数字孪生的设备管理系统 164
4.3.5 基于数字孪生的能耗监控及优化系统 168
4.3.6 基于数字孪生的生产安全应急管理系统 173
4.4 本章小结 181
4.5 参考资料 181
第5章 应用实例 184
5.1 案例一 数字孪生打造电子电器智能制造工厂 184
5.1.1 行业背景 184 5.1.2 项目说明 184
5.1.3 行业特点 185
5.1.4 项目需求 186
5.1.5 设计思路 188
5.1.6 功能展示 190
5.1.7 应用成效 195
5.1.8 实施过程 195
5.2 案例二 数字孪生构建乳制品生产
工厂可视化能源监测体系 196
5.2.1 行业现状 196
5.2.2 行业背景 197
5.2.3 国家规定 198
5.2.4 项目说明 198
5.2.5 项目需求 199
5.2.6 功能设计 200
5.2.7 应用成效 212
5.2.8 实施过程 213
5.3 案例三 数字孪生监管高速动车运行状态助力智能生产 214
5.3.1 行业背景 214
5.3.2 技术特点 215
5.3.3 行业需求 216
5.3.4 功能展示 217
5.3.5 应用成效 221
5.3.6 实施过程 221
5.4 案例四 数字孪生助力智慧风电数字化运营监管 222
5.4.1 项目说明 223
5.4.2 行业背景 223
5.4.3 行业现状 224
5.4.4 数字孪生应用优势 225
5.4.5 项目需求 225
5.4.6 项目规划 226
5.4.7 功能设计 228
5.4.8 实施过程 235
5.5 案例五 数字孪生赋能企业实现
汽车智能制造 237
5.5.1 行业背景 237
5.5.2 项目说明 239
5.5.3 行业特点 240
5.5.4 数字孪生应用优势 240
5.5.5 项目需求 242
5.5.6 项目规划 244
5.5.7 功能设计 245
5.5.8 应用成效 248
5.5.9 实施过程 249
5.6 案例六 数字孪生助力打造煤炭液化生产企业智能调度中心 250
5.6.1 行业介绍 250
5.6.2 行业背景 251
5.6.3 项目说明 253
5.6.4 技术优势 253
5.6.5 项目需求 254
5.6.6 项目规划 256
5.6.7 功能设计 257
5.6.8 应用成效 263
5.6.9 实施过程 264
5.7 参考资料 265
第6章 总结与展望 266
6.1 数字孪生的主要技术方向 267
6.1.1 信息建模 268
6.1.2 信息同步 269
6.1.3 信息强化 270
6.1.4 信息分析 271
6.1.5 智能决策 271
6.1.6 信息访问界面 272
6.1.7 信息安全 273
6.2 数字孪生的应用方向 275
6.2.1 产品研发设计 275
6.2.2 工艺规划仿真 279
6.2.3 生产过程仿真 281
6.2.4 设备监控优化 284
6.2.5 智能产品运维 289
6.3 数字孪生的项目准则 290
6.4 数字孪生的未来技术展望 291
6.4.1 多学科融合 292
6.4.2 人工智能 293
6.4.3 云计算和大数据技术 295
6.4.4 物联网技术 296
6.4.5 移动通信技术 298
6.4.6 人机交互技术 299
6.4.7 跨行业应用 301
6.5 参考资料 304