本书系统阐述了数字孪生技术的基础理论和应用方法，以生产数字孪生为重点，在章节内容设置上重点体现了数字孪生的几大特点，即以虚仿实、以虚映实、以虚控实、以虚优实。本书内容包括绪论、数字孪生技术、数字孪生建模与仿真、面向数字孪生的产线虚拟调试、基于数字孪生的生产过程监控、基于数字孪生的工艺优化和生产数字孪生实施案例。本书体系完整、系统性强，注重对数字孪生技术的理论阐述，同时基于Process Simulate软件平台给出了大量数字孪生案例，力求理论与实践有机结合。 本书可作为高等学校智能制造工程、机械工程、机械设计制造及其自动化等专业相关课程的教材，也可供从事数字孪生的工程技术人员参考。

高等院校教师

前言
第一章　绪论 1
第一节　数字孪生的发展 1
第二节　数字孪生的特征 3
一、数字孪生维度 3
二、数字孪生成熟度等级 4
第三节　数字孪生与智能制造 7
一、数字孪生与CPS 的关系 8
二、数字孪生在智能制造工程教育知识体系中的地位 10
第四节　数字孪生软件平台 13
一、Tecnomatix Process Simulate 13
二、Predix 18
三、Unity 19
思考题 21
第二章　数字孪生技术及应用 22
第一节　数字孪生的应用领域 22
一、数字孪生的应用 22
二、数字孪生的典型应用案例 31
第二节　数字孪生的技术基础 35
一、数字孪生的层次架构 35
二、数字孪生的技术体系 37
第三节　数字孪生的核心技术 44
一、虚拟系统的开发及应用 44
二、数字孪生模型的构建、融合与评价 47
三、数据感知、分析预测和智能决策 51
思考题 53
第三章　数字孪生建模与仿真 54
第一节　数字孪生建模与方法 54
一、数字孪生模型 54
二、数据驱动的建模方法 55
三、数据采集、预处理和特征提取技术 56
四、物理建模与混合建模 57
第二节　数字孪生仿真与分析 58
一、仿真环境的搭建 58
二、数字孪生仿真设计与分析 61
第三节　数字孪生建模仿真案例 63
一、产线智能装配工站运动仿真 63
二、产线智能仓储工站运动仿真 68
思考题 81
第四章　面向数字孪生的产线虚拟调试 82
第一节　数字孪生调试原理与步骤 82
一、虚拟调试原理 82
二、数字孪生调试原理 82
三、数字孪生调试的步骤 83
第二节　通信调试 83
一、基于数字孪生的通信调试 83
二、通信调试的具体过程 84
第三节　组态软件 91
第四节　PLC 编程调试 93
第五节　机器人编程调试 98
一、机器人编程调试原理 98
二、机器人编程调试操作过程 99
第六节　机器人路径优化 107
一、基于数字孪生的机器人路径优化 107
二、传统和数字孪生下的机器人路径优化 107
三、机器人路径优化实例 108
第七节　机器人碰撞检测优化 111
一、机器人碰撞检测优化原理和方法 111
二、机器人碰撞检测内容 112
思考题 119
第五章　基于数字孪生的生产过程监控 120
第一节　生产数据采集与集成 120
一、物理设备通信 120
二、生产数据采集 123
三、生产数据集成 126
第二节　生产数据处理与分析 127
一、生产数据建模 127
二、生产数据处理 131
三、生产数据分析 133
第三节　生产数字孪生可视化 134
一、生产过程监控业务 134
二、生产孪生数据资源 135
三、生产孪生数据可视化 138
第四节　数字孪生驱动的OEE 141
一、OEE 的概念 141
二、OEE 的计算方法 141
三、影响OEE 的因素 142
四、数字孪生驱动的OEE 优化方法 143
第五节　生产过程监控案例 144
一、案例说明 144
二、案例设计 144
思考题 150
第六章　基于数字孪生的工艺优化 151
第一节　知识及其表达 151
一、数字孪生实现工艺优化 151
二、数据和知识 153
第二节　模型与数据双驱动的优化 159
一、模型驱动方法 159
二、数据驱动方法 160
三、模型驱动方法与数据驱动方法的区别与联系 161
四、模型与数据双驱动融合方法 162
第三节　基于数字孪生的装配优化 164
一、装配知识及其表达 165
二、模型和数据双驱动的装配优化方法 167
三、基于数字孪生的装配优化 170
思考题 177
第七章　生产数字孪生实施案例 178
第一节　虚实融合智能制造实训平台 178
一、案例场景 178
二、案例分析 179
第二节　电芯制造车间的生产过程监控 186
一、基础系统搭建 187
二、数据采集 187
三、车间环境和设备监控 188
四、能源和设备管理 189
五、数据可视化 192
第三节　食品包装车间的生产过程监控 192
一、信息管理 193
二、生产过程数据关联 195
三、生产过程信息查询 195
四、生产状态可视化 195
参考文献196