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数实共生：工业化数字孪生实战
作者：【美】希亚姆·瓦兰·纳特 (Shyam Varan Nath) , 【澳】彼得·范·沙 克维克 (Pieter van Schalkwyk)
出版社：中国科学技术出版社
出版时间：2023-09-01
ISBN：9787523602294
定价：¥89.00
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内容简介
本书介绍了数字孪生的概念和应用，并提供了一个框架，帮助企业制定数字孪生战略以促进业务成果。读者可以学习到数字孪生体与实物资产、流程和技术之间的关系，并了解数字孪生体的正确平台、规模和用例的先决条件。本书还介绍了如何使用Microsoft AzureDigital Twins平台进行数字孪生体的开发和部署并通过试点部署、全面部署和价值跟踪技术对数字孪生体进行测试和验证。
作者简介
[美]希亚姆·瓦兰·纳特目前担任英国德勤会计师事务所的分析和认知专家。在此之前，他曾在甲骨文、通用电气、国际商业机器公司（IBM）等公司工作，他擅长工业物联网云计算、数据库、人工智能和业务分析。他曾在多家大公司致力于推动数字化转型。他是世界物联网解决方案大会（IOTSWC）程序委员会的成员，还是大型技术活动的定期演讲人。[澳]彼得·范·沙克维克目前是XMPro公司首席执行官，兼任数字孪生体联盟（DTC）自然资源工作组的主席，曾任工业物联网联盟（IIC）数字生体互操作性任务组的主席。他是一位经验丰富的工程师和技术专家，善于帮助企业使用基于事件的实时数字孪生体来强化态势感知，在不中断运营的情况下提高流程效率，做出明智决策。他是工业数字化转型的思想领袖，他曾就数字孪生体、工业物联网、机器学习和工业区块链应用等主题著书立说并多次发表演讲。
目录
第一篇
定义数字孪生体
第 1 章 数字孪生体简介............................................ 003
1.1 数字孪生体的历史.........................................................004
1.1.1 数字孪生体概念的起源 ........................................................005
1.1.2 数字孪生体的定义 ...............................................................008
1.1.3 数字孪生体的类型 ...............................................................011
1.1.4 数字孪生体的特征 ...............................................................015
1.1.5 模型和数据..........................................................................017
1.1.6 数字主线.............................................................................018
1.2 数字孪生体的行业用途 ..................................................020
1.2.1 数字孪生体利益相关者 ........................................................020
1.2.2 行业数字孪生体应用............................................................022
1.3 数字孪生体的价值主张 ..................................................025
1.3.1 降低复杂性以增强理解 ........................................................025
1.3.2 转型价值 .............................................................................028
1.3.3 潜在价值 .............................................................................029
1.4 识别机会......................................................................031
1.5 小结............................................................................034
第 2 章 数字孪生体规划............................................ 035
2.1 关键标准......................................................................036
2.2 预期的业务成果 ............................................................038
2.2.1 制造业.................................................................................038
2.2.2 供应链管理..........................................................................045
2.3 实现数字孪生体的先决条件 ............................................047
2.4 组织因素......................................................................050
2.4.1 数字技术和人才...................................................................052
2.4.2 生态系统和联盟...................................................................052
2.4.3 组织结构和文化...................................................................053
2.4.4 组织敏捷性的成果 ...............................................................053
2.5 技术需求......................................................................054
2.5.1 框架和模型..........................................................................054
2.5.2 连接性.................................................................................055
2.5.3 数据采集和存储...................................................................056
2.5.4 边缘计算 .............................................................................057
2.5.5 算法和分析..........................................................................057
2.5.6 平台和应用..........................................................................058
2.5.7 可视化.................................................................................058
2.5.8 信息和行动..........................................................................058
2.5.9 反馈....................................................................................059
2.5.10 软件开发范式和低代码 ......................................................059
2.6 小结 ............................................................................060
2.7 思考题.........................................................................060
第二篇
构建数字孪生体
第 3 章 确定第一个数字孪生体 .................................. 063
3.1 评估数字孪生体候选者 ..................................................064
3.1.1 工业集团 .............................................................................064
3.1.2 单一行业领域的大型企业.....................................................069
3.1.3 公共部门实体 ......................................................................071
3.1.4 大型软件公司或云服务提供商..............................................072
3.1.5 独立软件供应商...................................................................073
3.1.6 大型系统集成商...................................................................074
3.1.7 小型服务公司 ......................................................................074
3.2 角色和职责...................................................................075
3.3 试验和交互 ..................................................................080
3.3.1 敏捷宣言 .............................................................................080
3.3.2 版本....................................................................................082
3.3.3 史诗....................................................................................082
3.3.4 故事....................................................................................083
3.3.5 冲刺....................................................................................084
3.3.6 每日例会 .............................................................................084
3.3.7 测试用例 .............................................................................086
3.3.8 演示和用户验收...................................................................086
3.3.9 迭代....................................................................................087
3.4 最终候选者 ..................................................................087
3.5 小结 ............................................................................088
3.6 思考题.........................................................................089
第 4 章 从第一个数字孪生体开始 ............................... 091
4.1 规划框架......................................................................092
4.1.1 项目规划框架 ......................................................................092
4.1.2 解决方案规划框架 ...............................................................099
4.2 验证问题陈述和预期结果 ...............................................101
4.3 探索数字孪生体开发的业务流程......................................102
4.4 考虑技术因素 ...............................................................103
4.4.1 资产管理壳..........................................................................104
4.4.2 数字孪生体定义语言............................................................108
4.5 探索数字孪生体的数字平台............................................113
4.5.1 物联网平台..........................................................................113
4.5.2 业务流程管理平台 ...............................................................115
4.5.3 分析和数据平台...................................................................116
4.5.4 应用平台.............................................................................116
4.6 小结............................................................................117
第 5 章 设置数字孪生体原型...................................... 119
5.1 确定数字孪生体平台......................................................119
5.1.1 资产所有者的视角 ...............................................................120
5.1.2 所需的物联网功能 ...............................................................121
5.1.3 构建与购买功能...................................................................123
5.2 为数字孪生体评估公共云、物联网和专业平台...................124
5.2.1 微软 Azure Digital Twins...............................................125
5.2.2 AWS 物联网平台 ................................................................126
5.2.3 甲骨文公司的物联网应用.....................................................129
5.2.4 PTC ThingWorx ................................................................131
5.2.5 XMPro ...............................................................................132
5.3 配置和设置 ..................................................................134
5.4 Azure 数字孪生体的数据考量 ........................................146
5.5 解决方案架构 ...............................................................148
5.6 小结............................................................................149
5.7 思考题.........................................................................149
第 6 章 构建数字孪生体原型...................................... 151
6.1 技术要求......................................................................152
6.2 数字孪生体的开发过程 ..................................................152
6.2.1 作为数字孪生体原型的风力涡轮机.......................................152
6.2.2 风力涡轮机的基础知识和高级数据模型 ................................153
6.2.3 使用本体定义数字孪生体模型..............................................156
6.2.4 将模型上传到 Azure Digital Twins 实例.........................165
6.2.5 为风电场和风力涡轮机配置数字孪生体实例 .........................166
6.3 测试框架......................................................................171
6.3.1 创建应用程序以通过代码更新数字孪生体原型......................171
6.3.2 以低代码方式创建应用程序并更新数字孪生体原型...............176
6.4 技术评估注意事项.........................................................180
6.5 业务验证和理解............................................................182
6.6 小结............................................................................185
6.7 思考题.........................................................................185
第 7 章 部署和价值跟踪............................................ 187
7.1 数字孪生体的功能测试 ..................................................188
7.1.1 测试数字孪生体基础设施.....................................................188
7.1.2 测试数字孪生体应用程序.....................................................191
7.2 试点运行......................................................................195
7.2.1 试点实施范围 ......................................................................197
7.2.2 试点阶段的成功标准............................................................199
7.2.3 试点解决方案的时间表和阶段..............................................200
7.2.4 展示试点结果 ......................................................................201
7.3 全面部署......................................................................207
7.3.1 全面实现方法 ......................................................................208
7.3.2 大爆炸方法..........................................................................208
第三篇
增强数字孪生体
第 8 章 强化数字孪生体............................................ 221
8.1 定义孪生体的孪生体......................................................222
8.1.1 标准的作用..........................................................................224
8.1.2 设定发展愿景 ......................................................................226
8.2 评估整个系统中的第一个数字孪生体 ...............................226
8.2.1 分阶段方法的理由 ...............................................................228
8.2.2 收益量化 .............................................................................229
8.3 识别相关的数字孪生体 ..................................................231
8.4 规划复合孪生体............................................................233
8.4.1 水电数字孪生体...................................................................235
8.4.2 太阳能发电厂的数字孪生体 .................................................237
8.4.3 太阳能光伏和风力涡轮机混合发电厂....................................241
8.4.4 可再生能源发电的创新 ........................................................242
8.5 增强功能和后续步骤......................................................244
8.5.1 企业级数字孪生体解决方案推广所涉及的主要系统...............244
8.5.2 数字孪生体卓越中心............................................................246
8.6 小结............................................................................247
8.7 思考题.........................................................................247
附录 ......................................................................... 249
联实数字公司首席执行官威廉的数字孪生体主题专访记录 ................249
通用电气可再生能源公司的数字服务首席技术官安瓦尔·艾哈迈德的数字
孪生体主题专访记录........................................................................252
定义数字孪生体
第 1 章 数字孪生体简介............................................ 003
1.1 数字孪生体的历史.........................................................004
1.1.1 数字孪生体概念的起源 ........................................................005
1.1.2 数字孪生体的定义 ...............................................................008
1.1.3 数字孪生体的类型 ...............................................................011
1.1.4 数字孪生体的特征 ...............................................................015
1.1.5 模型和数据..........................................................................017
1.1.6 数字主线.............................................................................018
1.2 数字孪生体的行业用途 ..................................................020
1.2.1 数字孪生体利益相关者 ........................................................020
1.2.2 行业数字孪生体应用............................................................022
1.3 数字孪生体的价值主张 ..................................................025
1.3.1 降低复杂性以增强理解 ........................................................025
1.3.2 转型价值 .............................................................................028
1.3.3 潜在价值 .............................................................................029
1.4 识别机会......................................................................031
1.5 小结............................................................................034
第 2 章 数字孪生体规划............................................ 035
2.1 关键标准......................................................................036
2.2 预期的业务成果 ............................................................038
2.2.1 制造业.................................................................................038
2.2.2 供应链管理..........................................................................045
2.3 实现数字孪生体的先决条件 ............................................047
2.4 组织因素......................................................................050
2.4.1 数字技术和人才...................................................................052
2.4.2 生态系统和联盟...................................................................052
2.4.3 组织结构和文化...................................................................053
2.4.4 组织敏捷性的成果 ...............................................................053
2.5 技术需求......................................................................054
2.5.1 框架和模型..........................................................................054
2.5.2 连接性.................................................................................055
2.5.3 数据采集和存储...................................................................056
2.5.4 边缘计算 .............................................................................057
2.5.5 算法和分析..........................................................................057
2.5.6 平台和应用..........................................................................058
2.5.7 可视化.................................................................................058
2.5.8 信息和行动..........................................................................058
2.5.9 反馈....................................................................................059
2.5.10 软件开发范式和低代码 ......................................................059
2.6 小结 ............................................................................060
2.7 思考题.........................................................................060
第二篇
构建数字孪生体
第 3 章 确定第一个数字孪生体 .................................. 063
3.1 评估数字孪生体候选者 ..................................................064
3.1.1 工业集团 .............................................................................064
3.1.2 单一行业领域的大型企业.....................................................069
3.1.3 公共部门实体 ......................................................................071
3.1.4 大型软件公司或云服务提供商..............................................072
3.1.5 独立软件供应商...................................................................073
3.1.6 大型系统集成商...................................................................074
3.1.7 小型服务公司 ......................................................................074
3.2 角色和职责...................................................................075
3.3 试验和交互 ..................................................................080
3.3.1 敏捷宣言 .............................................................................080
3.3.2 版本....................................................................................082
3.3.3 史诗....................................................................................082
3.3.4 故事....................................................................................083
3.3.5 冲刺....................................................................................084
3.3.6 每日例会 .............................................................................084
3.3.7 测试用例 .............................................................................086
3.3.8 演示和用户验收...................................................................086
3.3.9 迭代....................................................................................087
3.4 最终候选者 ..................................................................087
3.5 小结 ............................................................................088
3.6 思考题.........................................................................089
第 4 章 从第一个数字孪生体开始 ............................... 091
4.1 规划框架......................................................................092
4.1.1 项目规划框架 ......................................................................092
4.1.2 解决方案规划框架 ...............................................................099
4.2 验证问题陈述和预期结果 ...............................................101
4.3 探索数字孪生体开发的业务流程......................................102
4.4 考虑技术因素 ...............................................................103
4.4.1 资产管理壳..........................................................................104
4.4.2 数字孪生体定义语言............................................................108
4.5 探索数字孪生体的数字平台............................................113
4.5.1 物联网平台..........................................................................113
4.5.2 业务流程管理平台 ...............................................................115
4.5.3 分析和数据平台...................................................................116
4.5.4 应用平台.............................................................................116
4.6 小结............................................................................117
第 5 章 设置数字孪生体原型...................................... 119
5.1 确定数字孪生体平台......................................................119
5.1.1 资产所有者的视角 ...............................................................120
5.1.2 所需的物联网功能 ...............................................................121
5.1.3 构建与购买功能...................................................................123
5.2 为数字孪生体评估公共云、物联网和专业平台...................124
5.2.1 微软 Azure Digital Twins...............................................125
5.2.2 AWS 物联网平台 ................................................................126
5.2.3 甲骨文公司的物联网应用.....................................................129
5.2.4 PTC ThingWorx ................................................................131
5.2.5 XMPro ...............................................................................132
5.3 配置和设置 ..................................................................134
5.4 Azure 数字孪生体的数据考量 ........................................146
5.5 解决方案架构 ...............................................................148
5.6 小结............................................................................149
5.7 思考题.........................................................................149
第 6 章 构建数字孪生体原型...................................... 151
6.1 技术要求......................................................................152
6.2 数字孪生体的开发过程 ..................................................152
6.2.1 作为数字孪生体原型的风力涡轮机.......................................152
6.2.2 风力涡轮机的基础知识和高级数据模型 ................................153
6.2.3 使用本体定义数字孪生体模型..............................................156
6.2.4 将模型上传到 Azure Digital Twins 实例.........................165
6.2.5 为风电场和风力涡轮机配置数字孪生体实例 .........................166
6.3 测试框架......................................................................171
6.3.1 创建应用程序以通过代码更新数字孪生体原型......................171
6.3.2 以低代码方式创建应用程序并更新数字孪生体原型...............176
6.4 技术评估注意事项.........................................................180
6.5 业务验证和理解............................................................182
6.6 小结............................................................................185
6.7 思考题.........................................................................185
第 7 章 部署和价值跟踪............................................ 187
7.1 数字孪生体的功能测试 ..................................................188
7.1.1 测试数字孪生体基础设施.....................................................188
7.1.2 测试数字孪生体应用程序.....................................................191
7.2 试点运行......................................................................195
7.2.1 试点实施范围 ......................................................................197
7.2.2 试点阶段的成功标准............................................................199
7.2.3 试点解决方案的时间表和阶段..............................................200
7.2.4 展示试点结果 ......................................................................201
7.3 全面部署......................................................................207
7.3.1 全面实现方法 ......................................................................208
7.3.2 大爆炸方法..........................................................................208
第三篇
增强数字孪生体
第 8 章 强化数字孪生体............................................ 221
8.1 定义孪生体的孪生体......................................................222
8.1.1 标准的作用..........................................................................224
8.1.2 设定发展愿景 ......................................................................226
8.2 评估整个系统中的第一个数字孪生体 ...............................226
8.2.1 分阶段方法的理由 ...............................................................228
8.2.2 收益量化 .............................................................................229
8.3 识别相关的数字孪生体 ..................................................231
8.4 规划复合孪生体............................................................233
8.4.1 水电数字孪生体...................................................................235
8.4.2 太阳能发电厂的数字孪生体 .................................................237
8.4.3 太阳能光伏和风力涡轮机混合发电厂....................................241
8.4.4 可再生能源发电的创新 ........................................................242
8.5 增强功能和后续步骤......................................................244
8.5.1 企业级数字孪生体解决方案推广所涉及的主要系统...............244
8.5.2 数字孪生体卓越中心............................................................246
8.6 小结............................................................................247
8.7 思考题.........................................................................247
附录 ......................................................................... 249
联实数字公司首席执行官威廉的数字孪生体主题专访记录 ................249
通用电气可再生能源公司的数字服务首席技术官安瓦尔·艾哈迈德的数字
孪生体主题专访记录........................................................................252
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