本书是数字孪生技术知识与应用的专业教程，旨在使读者全面了解数字孪生技术的基础知识、所用技术以及应用场景。本书内容包括数字孪生概述、数字孪生的相关领域、数字孪生的基础技术、数字孪生的关键技术、数字孪生的实验平台和智能制造的数字孪生生态。本书结合案例讲述了数字孪生系统的体系构建和设计内容，对数字孪生的基础技术和关键技术进行了详细讲解，对数字孪生产品的未来技术进行了展望。

全书共分6章。第1章对数字孪生技术做了概述性介绍；第2章介绍了与数字孪生紧密相关的领域；第3、4章介绍了数字孪生的基础技术与关键技术（开发平台、相关硬件等）；第5章介绍了开源平台和商业平台两类实验平台；第6章重点介绍了智能制造领域的数字孪生应用。

本书可作为职业院校机电一体化技术、机械设计与制造、电子产品制造技术、虚拟现实技术应用、人工智能技术应用、建筑智能化工程技术等相关专业的教材，也可作为数字孪生技术、工业物联网、工业4.0、智能制造等方面的培训教材，还可为制造企业数字化转型的实施人员，从事智能制造、智慧城市、自动化、虚拟现实、人工智能等工作的工程技术人员进行数字孪生的构建、设计和实现提供技术指导。

前言

第1章数字孪生概述1

1.1数字孪生的定义1

1.1.1数字孪生的基本概念1

1.1.2“工业4.0”术语中的定义4

1.2数字孪生的特征5

1.3数字孪生的应用6

1.4数字孪生的发展与意义14

1.5本章小结20

本章习题20

第2章数字孪生的相关领域21

2.1数字孪生与产品全生命周期管理21

2.2数字孪生与云计算25

2.3数字孪生与大数据26

2.4数字孪生与工业互联网30

2.5数字孪生与车间生产36

2.6数字孪生与智能制造39

2.7数字孪生与工业边界45

2.8本章小结55

本章习题55

第3章数字孪生的基础技术57

3.1数字孪生的技术架构57

3.2基础技术：感知58

3.3基础技术：网络70

3.4本章小结79

本章习题79

第4章数字孪生的关键技术82

4.1关键技术：建模82

4.1.1模型的基本概念82

4.1.2建模的基本步骤83

4.1.3建模的实现方法84

4.1.4模型的构建89

4.2关键技术：仿真90

4.2.1仿真技术概述90

4.2.2数字孪生体系中的仿真技术99

4.3关键技术：虚拟现实技术103

4.3.1虚拟现实技术概述103

4.3.2虚拟现实系统的关键技术110

4.3.3虚拟现实系统的输入设备111

4.3.4虚拟现实系统的输出设备114

4.3.5虚拟现实系统的软件与技术

开发平台115

4.4关键技术：增强现实技术117

4.5本章小结122

本章习题122

第5章数字孪生的实验平台125

5.1开源平台125

5.1.1ROS125

5.1.2Gazebo三维多机器人动力学

仿真平台128

5.1.3Azure 数字孪生平台131

5.1.4Open CASCADE数字孪生

平台135

5.2商业平台137

5.2.1SenseMARS火星混合现实

平台137

5.2.2BIM Windows管理平台148

5.2.3其他商业平台151

5.3本章小结152

本章习题152

第6章智能制造的数字孪生生态154

6.1智能制造的生态圈154

6.2智能制造与智能工厂158

6.2.1智能制造系统158

6.2.2智能工厂162

6.3数字孪生赋能智能制造的核心价值167

6.4智能制造数字孪生的关键技术168

6.4.1多源异构数据集成技术168

6.4.2多模型构建及互操作技术169

6.4.3多动态高实时交互技术170

6.5应用场景171

6.5.1设备的实时监控和故障

诊断 171

6.5.2设备工艺培训172

6.5.3设备全生命周期管理173

6.5.4设备远程运维174

6.5.5工厂实时状态监控174

6.6典型案例175

6.6.1数字孪生助力医药生产制造

异地协同管控175

6.6.2数字孪生助力新能源装备

制造智能化升级176

6.6.3数字孪生助力汽车制造全

流程数字化管理177

6.7本章小结181

本章习题181

参考文献183