工业数字孪生:技术架构·应用场景·行业实践

第1章 工业数字孪生概述 1.1 数字孪生概念特征与实现路径 2 1.1.1 数字孪生的内涵与特征 2 1.1.2 数字孪生相关概念辨析 4 1.1.3 数字孪生的体系架构 6 1.1.4 数字孪生的实现路径 8 1.1.5 数字孪生技术的未来展望 10 1.2 工业数字孪生的关键技术体系 12 1.2.1 数字支撑技术 12 1.2.2 数字线程技术 13 1.2.3 数字孪生体技术 14 1.2.4 人机交互技术 17 1.3 数字孪生赋能制造数字化转型 19 1.3.1 数字孪生赋能智能制造 19 1.3.2 工业数字孪生的应用价值 20 1.3.3 工业数字孪生的应用场景 22 1.3.4 工业数字孪生的实践案例 24 第2章 工业数字孪生系统 2.1 数字孪生系统的行业应用 28 2.1.1 城市数字孪生系统 29 2.1.2 建筑数字孪生系统 30 2.1.3 电网数字孪生系统 31 2.1.4 医疗数字孪生系统 32 2.2 IDTS 的概念特征和功能架构 33 2.2.1 IDTS 的定义与主要特征 33 2.2.2 IDTS 的架构、功能与构成 35 2.2.3 IDTS 的成熟度模型构建 38 2.3 IDTS 的运行模式与整体架构 40 2.3.1 本地化配置的运行模式 41 2.3.2 基于“云- 端”的运行模式 43 2.3.3 基于“云- 边- 端”的运行模式 44 2.3.4 基于分布式计算驱动的IDTS 运行模式 46 第3章 工业数字孪生平台 3.1 国外数字孪生平台与典型案例 50 3.1.1 亚马逊：AWS IoT TwinMaker 50 3.1.2 西门子：Simcenter 仿真解决方案 52 3.1.3 达索：3D EXPERIENCE 平台 53 3.1.4 安赛思：Ansys Twin Builder 54 3.1.5 Altair：One Total Twin 55 3.1.6 IBM：Digital Twin Exchange 56 3.2 国内数字孪生平台与典型案例 56 3.2.1 华为：云IoT 解决方案 56 3.2.2 腾讯：数字孪生云平台 59 3.2.3 华龙讯达：木星数字孪生平台 60 3.2.4 卡奥斯：D3OS 数字孪生平台 61 3.2.5 力控科技：ForceCon-DTwIn 数字孪生平台 63 3.2.6 同元软控：MWORKS.TwinSim 数字孪生平台 65 第4章 设备数字孪生 4.1 设备数字孪生的应用场景与价值 68 4.1.1 总体框架与实施要素 68 4.1.2 设备数字孪生的应用场景 70 4.1.3 设备数字孪生的应用价值 73 4.1.4 设备数字孪生应用成熟度评估模型 76 4.2 设备数字孪生的数据互联 79 4.2.1 数据采集 79 4.2.2 数据传输 81 4.2.3 数据存储 82 4.2.4 数据处理 83 4.3 基于数字孪生的设备PHM 系统 84 4.3.1 工业设备PHM 的技术方法 84 4.3.2 数字孪生驱动的PHM 应用 87 4.3.3 基于数字孪生模型的故障诊断预测 88 第5章 生产线数字孪生 5.1 基于数字孪生的智能生产线 94 5.1.1 生产线数字孪生系统优势 94 5.1.2 智能化生产系统规划设计 95 5.1.3 数字孪生与智能生产管控 98 5.1.4 智能生产管控的具体应用 100 5.2 基于数字孪生的MOM 应用场景 103 5.2.1 可视化实时监控 103 5.2.2 智能化生产调度 103 5.2.3 生产装配辅助 104 5.2.4 仓储物流优化 105 5.2.5 生产能耗精细化管理 106 5.2.6 实时模拟与远程监控 108 5.3 炼铁生产线数字孪生解决方案 109 5.3.1 炼铁生产线数字孪生体的构建 109 5.3.2 基于3D 交互的虚拟学习空间 112 5.3.3 炼铁生产过程的协同优化 113 5.3.4 炼铁设备故障诊断与维护 114 5.3.5 炼铁过程的管理与决策优化 115 第6章 工厂数字孪生 6.1 工业数字孪生赋能智能工厂 118 6.1.1 工厂数字孪生系统的原理与优势 118 6.1.2 工厂数字孪生系统的典型特征 120 6.1.3 工厂数字孪生系统的总体架构 122 6.1.4 工厂数字孪生系统的应用场景 124 6.2 基于数字孪生的智能工厂建设 126 6.2.1 两化融合驱动的智能工厂 126 6.2.2 智能工厂的总体运行体系 127 6.2.3 数字孪生智能工厂的建设架构 129 6.2.4 基于数字孪生的虚实系统集成 132 6.3 数字孪生车间系统的建设实践 134 6.3.1 数字孪生车间的总体框架 134 6.3.2 车间数字孪生的功能需求 137 6.3.3 车间关键要素的数字建模 139 6.3.4 车间设备数字孪生的实现 141 第7章 数字孪生与工业互联网 7.1 工业互联网平台架构与应用场景 146 7.1.1 工业互联网平台的体系架构 146 7.1.2 工业互联网平台的构建路径 149 7.1.3 工业互联网平台的关键技术 150 7.1.4 工业互联网平台的应用场景 154 7.2 工业互联网的网络关键技术 156 7.2.1 工业互联网网络技术架构 156 7.2.2 网络互联技术 158 7.2.3 数据互通技术 160 7.2.4 系统互操作技术 161 7.2.5 工业互联网网络发展趋势 162 7.3 数字孪生与工业互联网融合 164 7.3.1 数字孪生驱动的工业互联网 164 7.3.2 数字孪生赋能工业互联网发展 166 7.3.3 基于工业互联网的数字孪生技术 168 7.3.4 面向工业物联网的数字孪生应用 170 第8章 数字孪生与工业元宇宙 8.1 基于数字孪生的工业元宇宙 174 8.1.1 工业元宇宙的体系架构 174 8.1.2 工业元宇宙的关键技术 176 8.1.3 元宇宙开启工业新革命 179 8.1.4 工业元宇宙的战略价值 181 8.2 工业元宇宙的应用场景 183 8.2.1 工业产品协同设计 183 8.2.2 生产制造流程优化 185 8.2.3 智慧物流供应链管理 187 8.2.4 微软Azure 工业元宇宙解决方案 188 第9章 数字孪生在各工业领域的应用 9.1 数字孪生在石化工业中的应用 194 9.1.1 油气勘探与开发的数字化 194 9.1.2 工程装备全生命周期管理 195 9.1.3 石油钻井过程可视化监测 196 9.1.4 油气管道的数字孪生应用 197 9.1.5 石油炼化工艺的智能优化 198 9.2 基于数字孪生的综合能源系统 200 9.2.1 综合能源系统架构设计 200 9.2.2 系统规划设计应用 203 9.2.3 建模仿真平台应用 204 9.2.4 运行优化控制应用 205 9.2.5 运维故障预警应用 207 9.2.6 城市能源安全应用 209 9.3 数字孪生在智慧城市中的应用 210 9.3.1 数字孪生城市的发展历程 210 9.3.2 数字孪生城市的支撑技术 212 9.3.3 基于三维建模的智慧城市 214 9.3.4 数字孪生城市的实践策略 216 9.4 数字孪生在智慧交通中的应用 218 9.4.1 我国智慧交通的发展历程 218 9.4.2 数字孪生交通的发展现状 220 9.4.3 基于数字孪生的智慧交通应用 221 9.4.4 我国智慧交通产业的实践策略 223