数字孪生是以多维模型和融合数据为驱动，通过实时连接、映射、分析、闭环交互来刻画、仿真、预测、优化和控制物理世界，从而使物理世界的全要素、全过程、全价值链达到最大限度的优化。当前，数字孪生在学术界和企业界都受到了空前的重视，在越来越多的行业领域及应用场景发挥了重要作用。数字孪生的学术研究与实践应用对经济社会发展的影响也日益深刻。本书从数字孪生的系统性研究与应用，以及数字孪生车间的研究与落地应用角度，系统阐述了数字孪生及数字孪生车间的理论方法与应用。
本书提出的相关理论和方法，适用于数字孪生在航空航天、制造、建筑、医疗、船舶、汽车等领域的研究与应用。本书可作为机械、制造、计算机、自动化、管理、信息等相关学科的教师、研究生、本科生及研发技术人员的教材或参考书。

陶飞，北京航空航天大学航教授，研方向包括面向服务的智能制造、制造服务管理、绿色制造及数字孪生驱动的产品设计、制造及服务，在以上方向发表了100多篇学术论文并出版专著5部。

第1篇 数字孪生内涵及研究应用概况
第1章 数字孪生起源及内涵
1.1 哪里来： 数字孪生的起源
1.2 是什么： 数字孪生的概念
1.3 新理解： 数字孪生的理想特征
1.4 紧相关： 数字孪生的相近概念
1.4.1 数字孪生与CPS
1.4.2 数字孪生与虚拟仿真
1.4.3 数字孪生与虚拟样机
1.4.4 数字孪生与数字线程
1.4.5 数字孪生与数字影子
1.4.6 数字孪生与平行系统
1.5 有何用： 数字孪生的应用价值
1.6 谁可用： 数字孪生的适用准则
本章小结
参考文献
第2章 数字孪生学术研究现状
2.1 数字孪生国内外学术研究现状分析
2.1.1 发文量时间分布统计分析
2.1.2 发表论文国家分布统计分析
2.1.3 文献出版物分布统计分析
2.1.4 发表论文研究机构统计分析
2.1.5 发表论文研究方向和高频关键词统计分析
2.2 数字孪生论文引用分析
2.3 数字孪生白皮书
2.4 数字孪生专利发展现状
2.5 数字孪生标准发展现状
2.5.1 数字孪生国内标准现状
2.5.2 数字孪生国际标准现状
2.5.3 数字孪生标准体系框架
2.6 数字孪生研究演进
2.7 数字孪生与智能制造服务学术会议
2.8 国内有关科技部门对数字孪生研究资助的情况
本章小结
参考文献
第3章 数字孪生工业应用
3.1 数字孪生在各领域中的应用概述
3.1.1 数字孪生 航空航天
3.1.2 数字孪生 汽车
3.1.3 数字孪生 电力
3.1.4 数字孪生 船舶
3.1.5 数字孪生 医疗
3.1.6 数字孪生 城市
3.1.7 数字孪生 建筑
3.1.8 数字孪生 农业
3.1.9 数字孪生 轨道交通
3.1.10 数字孪生 油气
3.1.11 数字孪生 港口
3.1.12 数字孪生 环境治理
3.1.13 数字孪生 机床
3.1.14 数字孪生 煤矿
3.1.15 数字孪生 地球
3.2 数字孪生在产品全生命周期中的应用
3.2.1 数字孪生驱动的产品设计
3.2.2 数字孪生驱动的智能制造
3.2.3 数字孪生驱动的服务
3.3 数字孪生在世界著名企业中的应用实践
3.3.1 西门子的数字孪生实践
3.3.2 ANSYS的数字孪生实践
3.3.3 达索的数字孪生实践
3.3.4 PTC的数字孪生实践
3.3.5 微软的数字孪生实践
3.3.6 空客的数字孪生实践
3.3.7 洛克希德·马丁公司的数字孪生实践
3.3.8 通用电气公司的数字孪生实践
3.3.9 MapleSoft公司的数字孪生实践
3.3.10 Bentley公司的数字孪生实践
本章小结
参考文献
第2篇 数字孪生理论技术体系
第4章 数字孪生五维模型及理论思考
4.1 数字孪生五维模型
4.1.1 物理实体
4.1.2 虚拟模型
4.1.3 孪生数据
4.1.4 服务
4.1.5 交互连接
4.2 数字孪生应用准则
4.3 基于数字孪生五维模型的十大领域应用探索
4.3.1 数字孪生卫星工程
4.3.2 数字孪生船舶全生命周期管控
4.3.3 数字孪生车辆抗毁伤评估
4.3.4 数字孪生电厂智能管控
4.3.5 数字孪生飞机起落架结构优化设计
4.3.6 数字孪生复杂装备故障预测与健康管理
4.3.7 数字孪生立体仓库
4.3.8 数字孪生医疗
4.3.9 数字孪生架车机
4.3.10 数字孪生城市
4.4 基于数字孪生五维模型的科学问题思考
本章小结
参考文献
第5章 新一代信息技术使能数字孪生
5.1 IT技术发展历程与新一代信息技术的内涵
5.2 数字孪生与新一代信息技术的融合
5.2.1 数字孪生与物联网
5.2.2 数字孪生与大数据
5.2.3 数字孪生与云雾边
5.2.4 数字孪生与人工智能
5.2.5 数字孪生与VR/AR/MR
5.2.6 数字孪生与5G
5.2.7 数字孪生与区块链
本章小结
参考文献
第6章 数字孪生理论技术体系
6.1 数字孪生的功能和技术体系
6.2 数字孪生物理感知与控制技术
6.3 数字孪生建模技术
6.3.1 数字孪生模型构建准则
6.3.2 数字孪生模型构建理论体系
6.4 数字孪生数据管理技术
6.5 数字孪生服务应用技术
6.6 数字孪生连接技术
本章小结
参考文献
第7章 数字孪生工具体系
7.1 数字孪生中物理实体相关工具
7.2 数字孪生中建模相关工具
7.3 数字孪生中数据管理工具
7.4 数字孪生中服务应用工具
7.5 数字孪生中连接相关工具
7.6 综合性工具
本章小结
参考文献
第3篇 数字孪生车间
第8章 数字孪生车间概念
8.1 从制造到智造
8.1.1 制造的发展历程
8.1.2 智能制造战略对比
8.1.3 智能制造的核心内涵
8.2 制造车间的发展历程
8.3 数字化车间的理论及应用研究
8.3.1 车间制造物联
8.3.2 车间建模仿真
8.3.3 车间虚实交互
8.3.4 车间数据融合
8.3.5 车间智能服务
8.4 数字

本书内容大体可分三个部分：第一部分研究数字孪生的基本概念、发展历史、相关工作与应用，及建模方法等；第二部分结合数字孪生五维模型，提出数字孪生车间的概念，并对数字孪生车间构建、运行、迭代优化的关键技术，与基于数字孪生的车间设备健康管理、能效分析与优化、动态调度、实时控制、车间信息物理融合等理论方法进行分析与探讨；第三部分研究构建数字孪生车间原型系统。