数字孪生陈根原文在线阅读-数字孪生:5G时代的重要应用场景PDF电子书下载免费版

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编辑点评:

数字孪生:5G时代的重要应用场景可为政府部门、制造企业及从事工业制造业政策制定、管理决策和咨询研究的人员提供参考,也可以供高等院校相关专业师生及对工业智能制造感兴趣的读者学习阅读。

数字孪生:5G时代的重要应用场景PDF电子书下载

内容简介

本书内容包括数字孪生概论、数字孪生技术、数字孪生与工业4.0、数字孪生城市、数字孪生在其他方面的应用、数字孪生应用案例、数字孪生技术面临的挑战与发展趋势、数字经济产业政策。本书涵盖了数字孪生的多个重要技术要点,列举众多案例对理论进行了解析,并在许多方面提出了创新性的观点。通过阅读本书,读者可以深刻地理解数字孪生这门新兴学科。

作者简介

陈根,著名作家;北京大学特邀课程教授,南京航空航天大学客座教授,北京林业大学硕士研究生导师,华东理工大学创新创业导师;时任人民日报、第一财经、新浪、网易等多家传媒特邀专栏作家,曾任央视大型纪录片《大国重器》特邀策划。出版专著50余本,涉及金融、科技、地产、医疗、设计等多个领域,是前沿科技领域公认的意见领袖。既有厚重的理论功底,又有丰富的实战经验。曾任多家上市公司高管,在战略规划、企业转型、经营管理和资本运作方面均有突出成就,是国内难得的实业与金融两栖专家。

目录

第1章 数字孪生概论

1.1 数字孪生的定义

1.1.1 数字孪生的一般定义

1.1.2 “工业4.0”术语编写组的定义

1.2 数字孪生与数字纽带

1.3 数字孪生技术的演化过程

1.3.1 美国国家航空航天局(NASA)阿波罗项目

1.3.2 迈克尔?格里夫斯教授提出数字孪生体概念

1.3.3 美国空军研究实验室(AFRL)提出利用数字孪生体解决战斗机机体的维护问题

1.3.4 NASA与AFRL的合作

1.3.5 数字孪生技术先进性被多个行业借鉴吸收

1.4 数字孪生技术的价值体现及意义

1.4.1 数字孪生技术的价值体现

1.4.2 数字孪生技术的意义

第2章 数字孪生技术

2.1 数字孪生的相关领域

2.1.1 数字孪生与计算机辅助设计

2.1.2 数字孪生与产品全生命周期管理

2.1.3 数字孪生与物理实体

2.1.4 数字孪生与赛博物理系统

2.1.5 数字孪生与云端

2.1.6 数字孪生与工业互联网

2.1.7 数字孪生与车间生产

2.1.8 数字孪生与智能制造

2.1.9 数字孪生与工业边界

2.1.10 数字孪生与CIO

2.2 数字孪生的技术体系

2.2.1 数据保障层

2.2.2 建模计算层

2.2.3 功能层

2.2.4 沉浸式体验层

2.3 数字孪生的核心技术

2.3.1 多领域、多尺度融合建模

2.3.2 数据驱动与物理模型融合的状态评估

2.3.3 数据采集和传输

2.3.4 全生命周期数据管理

2.3.5 VR呈现

2.3.6 高性能计算

2.4 数字孪生的创建

2.4.1 创建数字孪生的两个重点 ?

2.4.2 如何部署创建数字孪生

第3章 数字孪生与工业4.0

3.1 产品数字孪生体

3.1.1 产品数字孪生体的定义

3.1.2 产品数字孪生体的4个基本功能

3.1.3 产品数字孪生体的基本特性

3.1.4 产品数字孪生体的核心价值

3.2 数字孪生体与生命周期管理

3.2.1 数字孪生体的体系结构

3.2.2 数字孪生体在生命周期各阶段的表现形态

3.2.3 数字孪生体在生命周期各阶段的实施途径

3.3 大型软件制造商对数字孪生的理解

3.3.1 西门子

3.3.2 通用电气

3.3.3 PTC

3.3.4 甲骨文

3.3.5 SAP

3.4 数字孪生生产的发展趋势

3.4.1 拟实化

3.4.2 全生命周期化

3.4.3 集成化

3.4.4 与增强现实技术的融合

第4章 数字孪生城市

4.1 数字孪生城市概念的兴起

4.2 数字孪生城市的四大特点

4.2.1 精准映射

4.2.2 虚实交互

4.2.3 软件定义

4.2.4 智能干预

4.3 数字孪生城市的服务形态及典型场景

4.3.1 服务形态

4.3.2 典型场景

4.4 数字孪生城市的总体架构

4.4.1 端侧

4.4.2 网侧

4.4.3 云侧

第5章 数字孪生在其他方面的应用

5.1 医疗健康

5.2 智能家居

5.3 航空航天

5.4 油气探测

5.5 智能物流

5.6 推动现实世界探索

5.7 大脑活动的监控与管理

第6章 数字孪生应用案例

6.1 基于数字孪生的航空发动机全生命周期管理

6.2 基于数字孪生的复杂产品装配工艺

6.2.1 基本框架

6.2.2 方法特点

6.2.3 关键理论与技术

6.2.4 部装体现场装配应用平台示例

6.3 英国石油公司先进的模拟与监控系统APEX

6.4 基于数字孪生的企业全面预算系统?

6.5 中国首条在役油气管道数字孪生体的构建与应用

6.5.1 数字孪生体构建流程

6.5.2 数字化恢复主要技术

6.5.3 研究成果及应用拓展

第7章 数字孪生技术面临的挑战与发展趋势

7.1 数字孪生技术发展的新趋势

7.1.1 应用领域扩展需求

7.1.2 与新的IT技术深度融合需求

7.1.3 信息物理融合数据需求

7.1.4 智能服务需求

7.1.5 普适工业互联需求

7.1.6 动态多维、多时空尺度模型需求

7.2 数字孪生的五维模型

7.3 数字孪生五维模型的十五大应用领域

第8章 数字经济产业政策

8.1 数字经济的定义

8.2 全球主要国家和地区的数字经济战略与产业政策

8.3 我国各地区的数字经济产业支持政策要点分析

8.3.1 注重数字化改造与应用示范省(自治区、直辖市)对比与 分析

8.3.2 注重创新型服务型平台建设省(自治区、直辖市)的对比 与分析

8.3.3 注重构建数字生态体系省(自治区、直辖市)的对比 与分析

8.3.4 注重招大引强培育市场主体省(自治区、直辖市)的对比 与分析

8.3.5 注重人才激励与学科建设省(自治区、直辖市)的对比 与分析

8.3.6 注重加大要素资源支持力度省(自治区、直辖市)的对比 与分析

8.4 总结

参考文献

数字孪生创建智慧城市体系架构

全球物联网、5G、人工智能技术、自动驾驶、虚拟现实技术、深度学习等技术研发和产业发展加速提升,刮起数字化网络化智能化新一轮的浪潮。同时,智慧城市实施过程持续加速,实施內容不断深入,其发展核心理念、推动方式和技术型管理体系不断创新和演变,建设虚拟服务现实、数据驱动整治、智能界定一切的数字孪生城市将变成智慧城市的核心内容发展趋势。

一、数字孪生城市的建设标准日渐完善

1、信息通信技术(ICT)在城市中完善运用

近些年,云计算服务已是城市核心内容基础设施建设,政府部门、企业甚至个人广泛应用;互联网大数据变成城市核心内容财产、战略资源,根据数据分析的智能化管理决策运用层出不穷;物联网技术促进万物互联变成实际,广泛运用于城市整治行业的感知检测、数据收集等;(移动)互联网技术变成群众获得城市生活服务的核心内容优先选择方式,也是拓宽服务项目核心内容方式;根据机器学习的人工智能技术运用可精准预测城市难题,极大提高群众体验感。

2、数字孪生(DT)技术向城市广泛渗入

数字孪生技术最初源于工业生产行业,特别是在飞机、火车发动机等高端制造行业,对产品、生产线和加工工艺等展开数字模拟仿真、实时跟踪,产品研发周期时间大幅度减缩,产品成本大幅度降低,产生多机器设备互联、协作和提升的建设方式。当今,数字孪生技术已逐渐向工程建筑、医疗、城市管理等领域渗入,借助BIM实体模型进行房屋建筑的龙骨、构造及其风水电等设计方案,完成房屋建筑各种资源的提升、应急方案演练及其古建筑群间资源提升配备;达索公司开发设计3DEXPERIENCity服务平台完成城市整体规划布局、管网及其气候的数字孪生,促使城市应急管理效率提高30%,城市拥挤率减少25%。

3、技术性结合与数据信息积累持续促进城市自主创新发展

分布式计算、4G/5G通讯、规模性数据信息并行处理、深度学习等技术与3D建模、高精度地图、仿真模拟、虚拟现实技术、智能控制系统等数字孪生相关技术有机耦合加速集成化,促进在数字空间中建设同步运作的数字孪生城市变成可能。除此之外,历经近十年智慧城市建设,城市传感器到处可见,城市移动智能终端广泛部署,城市体征运作数据信息大量聚集积累,城市画像日渐清楚,跨等级、跨地区、跨系统、跨部门、跨业务的公共数据加快有序结合,根据海量多维度数据统计分析的智能化运用层出不穷,智慧城市建设正处在量变引起质变关键期。

二、数字孪生城市是深度学习自我提升的城市

数字孪生城市的核心要义是,在互联网数字空间,重塑一个与实际物理城市匹配相对应的数字城市,根据搭建物理学城市与数字城市一一对应、协作互动、智能化操纵的复杂系统,使其与物理城市平行运行,根据虚拟服务现实,数据驱动整治,智能界定一切等管理机制,完成城市全因素数字化和虚拟化技术、全状态即时化和数据可视化、城市运作管理协作化智能化,产生物理学层面上的实体世界和信息内容层面上的虚拟世界同生并存、虚实相融的城市发展新模式,是具备机器学习、自身提升工作能力的城市。

1、产业生态圈认知,完成由实到虚

根据部署产业生态圈感知管理体系和各行业领域信息管理系统服务平台,收集汇聚城市所有数据格式、业务流程数据信息、目标数据信息等定性分析城市运作的全量数据信息,在数字空间创建一一映射的数字孪生城市实体模型服务平台,并载入城市全量静态数据和可视化数据。

2、深度学习,完成自我提升

根据持续汇聚的海量信息和数字孪生城市实体模型服务平台,应用多维度数据统计分析、深度学习、神经网络算法、机器学习等优化算法或技术,计算得到城市资源分配改进方案、城市灾难预测分析预警信息实体模型、城市应急指挥系统对策等,完成自我提升。

3、智能化操纵,完成由虚控实

根据上述数字空间得到的改进方案、预警信息实体模型、指引对策等深度学习结果,在数字孪生城市实体模型服务平台中,通过传感器远程操作、信息管理系统作用提升调整 等实际操作,反向作用于物理世界运作的城市,完成动态性管理决策、快速响应和智能化操纵。

4、更新迭代,完成流程优化

根据深度学习、自我提升后的城市在新的运作步骤、运作标准、管理机制下持续造成和累积新的数据信息,另外,新智能产品、新技术持续交替出现,从而启动新一轮的数字孪生更新迭代,完成城市持续演变的“自生长”发展方式。

三、数字孪生城市是技术和数据信息紧密结合的新模式

数字孪生城市,是与物理城市一一映射、协作互动、智能化操纵的虚拟城市,其技术性管理体系架构包括移动智能终端、泛在互联网、支撑服务平台、软件系统等必要构成因素,并围绕城市数据的采集、聚集、融合、剖析、运用等整个过程阶段,是一个技术结合、业务流程结合和数据预处理的繁杂大系统。

1、产业生态圈移动智能终端的数据收集是数字孪生城市前提条件

产业生态圈移动智能终端的数据收集核心内容包含四大基本因素,即数字标志、移动智能终端、三维模型、地理信息等。其中,数字标志作为城市人、事、物在数字空间的唯一索引,定性分析城市人、事物身份信息,用以数字信息内容和实体之间的精确配对、创建连接和监督控制;移动智能终端作为城市运作的信息内容数据采集器,用以收集城市所有静态数据和动态性信息内容;三维模型作为数字空间的信息内容媒介,用以呈现城市空间形态;空间信息定性分析城市人、事、物的部位和偏移,核心内容包含GIS、RS、GPS等。

2、快速泛在的城市网络信息是数字孪生城市基本保障

快速泛在的城市网络信息核心内容包含三大连接方法,即城市快速云平台、4G/5G宽带、NB-IOT/eMTC/LoRa物联网技术等,产生互为补充、极速互联的互联网接入基本保障。为考虑城市安全性运作、虚实互动毫秒级回应及其千万级的智能产品的同时连接需求,首先建立城市快速云平台,统一集成光纤宽带无线网络、光纤宽带有线网、视频网站、应急通信网络、政务网等,完成极速互联。对于手机、智能穿戴设备等移动智能终端核心内容以4G、5G连接主导,收集城市人士的信息内容。对于数以亿计的传感器,可根据NB-IOT、eMTC、LoRa等互联网完成统一连接。

3、独立思考的城市信息中枢是数字孪生城市核心内容

独立思考的城市信息中枢核心内容包含四类重要平台,即数据信息资源优化配置服务平台、数字孪生实体模型服务平台、基于深度学习的人工智能技术算法服务平台、统一智能化操纵服务平台等,相互构成具体指导数字孪生城市高效运作的信息中枢。数据信息资源优化配置服务平台用以数据信息融合、解决、派发等;数字孪生实体模型服务平台作为数字室内空间集成媒介,集成所有公共数据,呈现真实世界运作全貌和关键点;根据深度学习的人工智能技术算法服务平台用以提升工作流程、资源分配、整体规划布局等;统一智能化操纵服务平台主要用以智能化管理决策指引、生态系统理论运作、远程操控等。

4、高效运作的智能化软件系统是数字孪生城市主要表现

部署最后,数字孪生城市要作用于城市整治和民生服务的每个业务流程阶段,促进服务项目体验智能化系统、社会管理创新智慧化。如,根据仿真模拟、动态性评定、深度学习城市计划方案效果,完成整体规划不再迷失方向;三维展现水势、空气动力、雾霾天气变化等,为城市治理决策提前部署出示依据;根据深度学习个人教育和知识结构,完成自适应式定制化学习;根据深度学习群众交通出行、日常生活、消费等习惯,制定个人;根据车流量预测分析,智能化疏通和优化信号指示灯时间。

总而言之,数字孪生城市建设是一个长期而艰巨的任务,伴随着实施不断深入,其技术管理体系架构和解决方法将更加清楚,将有力促进城市的高品质发展。

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