在新一轮产业变革背景下，随着制造环境不确定性的日益凸显，贯穿生产系统多运行阶段的快速响应能力提升得到了更多关注。本书聚焦数字孪生技术在智能工厂中的核心作用，针对不确定制造环境下贯穿生产系统多生命周期阶段快速响应能力提升需求，研究并介绍一种面向柔性生产系统多生命周期阶段数字孪生集成建模技术及典型应用，重点围绕集成建模架构下的几何建模、行为建模、流程建模、人机交互建模、虚实映射技术以及生产流程优化、生产过程实时监控等典型阶段的应用展开详细介绍，构建了从体系框架到工程落地的完整体系。
本书兼具体系完整性与工程实用性，能够为数字孪生在生产系统多生命周期阶段的集成建模与应用提供体系框架与工程落地方法，可供从事智能制造类的工程技术人员、管理人员参考，亦可作为高等院校智能制造工程、工业互联网工程、机械制造及其自动化等专业的教学用书。
1数字孪生概述001
1.1数字孪生发展002
1.1.1数字孪生的起源与发展002
1.1.2数字孪生的成熟度005
1.1.3数字孪生的特征006
1.2数字孪生关键技术008
1.3工业数字孪生的应用010
1.3.1工业数字孪生的应用对象010
1.3.2工业数字孪生典型应用平台011
1.3.3工业数字孪生应用运行场景012
1.4工业数字孪生的发展趋势013
1.4.1产业高质量发展需求驱动013
1.4.2新型信息技术变革推动016
参考文献016
2工业数字孪生参考框架与关键技术018
2.1工业数字孪生参考框架018
2.2建模仿真技术基础023
2.2.1建模仿真技术概述023
2.2.2典型建模仿真软件025
2.3新型信息技术028
2.3.1互联互通技术028
2.3.2数据计算技术031
2.3.3工业互联网平台技术033
2.3.4人机交互技术035
参考文献037
3面向生产系统多生命周期的数字孪生系统架构设计038
3.1基于数字孪生的生产系统生命周期概述038
3.2整体参考框架设计041
3.2.1需求层次分析041
3.2.2参考框架设计043
3.3柔性生产线示范场景概述045
3.3.1示范场景概述045
3.3.2业务流程分析048
3.4系统详细架构设计050
3.4.1应用架构设计050
3.4.2数据架构设计052
3.4.3技术架构设计056
参考文献057
4工业数字孪生系统几何建模059
4.1制造资源几何建模要求与原则059
4.1.1几何模型的需求分析059
4.1.2工业几何模型的质量要求060
4.1.3工业几何模型建模原则062
4.2几何模型构建方法与流程063
4.2.1模型组成063
4.2.2模型构建方法与通用流程065
4.3几何建模工具概述066
4.3.1建模类型066
4.3.2建模工具选择与基础操作067
4.4基于Unity3D 的几何模型优化072
4.4.1模型资源导入072
4.4.2模型资源优化072
4.4.3模型资源封装与输出081
参考文献083
5工业数字孪生系统行为建模084
5.1行为建模概述084
5.1.1常见行为建模工具对比084
5.1.2行为建模工具选择086
5.2核心生产要素行为建模需求分析089
5.3基于工业仿真软件的行为建模方法090
5.3.1标准工业设备组件基本使用090
5.3.2非标工业设备行为建模基本流程094
5.4典型智能设备行为建模实例101
5.4.1智能拧紧设备101
5.4.2智能视觉检测设备105
参考文献110
6工业数字孪生系统生产流程建模与仿真112
6.1生产流程仿真概述112
6.2生产流程的模型构建113
6.2.1生产流程描述113
6.2.2生产流程建模115
6.3流程仿真及数据分析130
6.3.1仿真业务场景描述133
6.3.2仿真数据分析与应用136
参考文献138
7工业数字孪生系统的人机交互建模140
7.1人机交互建模概述140
7.2人机交互建模目标与原则141
7.2.1建模目标141
7.2.2建模原则142
7.3人机交互建模方法142
7.3.1人机交互可视化需求分析142
7.3.2人机交互可视化参考形式146
7.3.3基于Unity3D 引擎的交互界面设计148
7.4人机交互建模实例172
7.4.1智能压装设备需求与可视化形式分析172
7.4.2智能压装设备人机交互建模176
参考文献178
8数据驱动的工业数字孪生系统虚实映射179
8.1工业数字孪生系统虚实映射概述179
8.2实时数据驱动的虚实映射技术181
8.2.1MQTT 通信181
8.2.2数据库通信189
8.2.3IP 相机视频流通信196
8.2.4OPC UA 通信200
8.2.5美擎仿真210
参考文献214
9工业数字孪生系统集成建模与应用215
9.1工业数字孪生系统集成建模215
9.1.1集成建模框架215
9.1.2集成建模流程217
9.2生产流程仿真优化应用219
9.3生产过程实时监控应用220
参考文献223
10工业数字孪生技术前沿研究224
10.1生产系统可视化实时监控224
10.1.1基于数字孪生的全自动传感器装配线的监测225
10.1.2大型复杂曲面加工数字孪生监控系统225
10.2生产系统仿真与优化227
10.2.1基于数字孪生的机器人焊接仿真系统设计227
10.2.2基于数字孪生的电力变压器碳足迹分析及优化方法仿真229
10.3生产系统虚拟调试231
10.3.1基于数字孪生的数控机床虚拟调试231
10.3.2基于数字孪生技术的生产系统生产装置虚拟调试232
10.4生产系统状态评估与健康诊断233
10.4.1数字孪生模型与智能算法融合驱动的工业设备健康状态评估234
10.4.2基于数字孪生的航空发动机气路系统健康评估235
10.5生产系统预测维护与运营决策235
10.5.1数字孪生驱动风力发电机组的预测和健康管理236
10.5.2利用数字孪生技术实现机器组件剩余使用寿命的预测237
参考文献237
附录239
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