生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生方法、技術(shù)與應(yīng)用 劉麗蘭 等
定 價(jià):99 元
- 作者:劉麗蘭等
- 出版時(shí)間:2024/4/1
- ISBN:9787111746652
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:F273-39
- 頁(yè)碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開(kāi)本:16開(kāi)
本書(shū)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生方法、數(shù)字孿生技術(shù)、數(shù)字孿生應(yīng)用三部分內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,在介紹了數(shù)字孿生理論與技術(shù)的基礎(chǔ)上,以多種典型生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生實(shí)踐為例,深入淺出地介紹了數(shù)字孿生的理論基礎(chǔ)、應(yīng)用思路及開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
本書(shū)將數(shù)字孿生理論、技術(shù)、應(yīng)用有機(jī)結(jié)合,既滿足不同讀者的閱讀需求,又具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。
叢書(shū)前言
當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局。國(guó)家綜合實(shí)力由工業(yè)保障,工業(yè)發(fā)展由工業(yè)軟件驅(qū)動(dòng),工業(yè)軟件正在重塑工業(yè)巨人之魂。
習(xí)近平總書(shū)記在2021年5月28日召開(kāi)的兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)上發(fā)表了重要講話:“科技攻關(guān)要堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向,奔著最緊急、最緊迫的問(wèn)題去。要從國(guó)家急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求出發(fā),在石油天然氣、基礎(chǔ)原材料、高端芯片、工業(yè)軟件、農(nóng)作物種子、科學(xué)試驗(yàn)用儀器設(shè)備、化學(xué)制劑等方面關(guān)鍵核心技術(shù)上全力攻堅(jiān),加快突破一批藥品、醫(yī)療器械、醫(yī)用設(shè)備、疫苗等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)!
國(guó)家最高領(lǐng)導(dǎo)人將工業(yè)軟件定位于“最緊急、最緊迫的問(wèn)題”,是“國(guó)家急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求”的關(guān)鍵核心技術(shù),史無(wú)前例,開(kāi)國(guó)首次,彰顯了國(guó)家對(duì)工業(yè)軟件的高度重視。機(jī)械工業(yè)出版社此次領(lǐng)銜組織出版這套“工業(yè)軟件叢書(shū)”,秉持系統(tǒng)性、專業(yè)性、全局性、先進(jìn)性的原則,開(kāi)展工業(yè)軟件生態(tài)研究,探索工業(yè)軟件發(fā)展規(guī)律,反映工業(yè)軟件全面信息,匯總工業(yè)軟件應(yīng)用成果,助力產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這套叢書(shū)是以實(shí)際行動(dòng)落實(shí)國(guó)家意志的重要舉措,意義深遠(yuǎn),作用重大,正當(dāng)其時(shí)。
本叢書(shū)分為產(chǎn)業(yè)研究與生態(tài)建設(shè)、技術(shù)產(chǎn)品、支撐環(huán)境三大類。
在工業(yè)軟件的產(chǎn)業(yè)研究與生態(tài)建設(shè)大類中,列入了工業(yè)技術(shù)軟件化專項(xiàng)研究、工業(yè)軟件發(fā)展生態(tài)環(huán)境研究、工業(yè)軟件分類研究、工業(yè)軟件質(zhì)量與可靠性測(cè)試、工業(yè)軟件的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范研究等內(nèi)容,希望從頂層設(shè)計(jì)的角度讓讀者清晰地知曉,在工業(yè)軟件的技術(shù)與產(chǎn)品之外,還有很多制約工業(yè)軟件發(fā)展的生態(tài)因素。例如工業(yè)軟件的可靠性、安全性測(cè)試,還沒(méi)有引起業(yè)界足夠的重視,但是當(dāng)工業(yè)軟件越來(lái)越多地進(jìn)入各種工業(yè)品中,成為“軟零件”“軟裝備”之后,工業(yè)軟件的可靠性、安全性對(duì)各種工業(yè)品的影響將越來(lái)越重要,甚至就是“一票否決”式的重要。至于制約工業(yè)軟件發(fā)展的政策、制度、環(huán)境,以及工業(yè)技術(shù)的積累等基礎(chǔ)性的問(wèn)題,就更值得予以認(rèn)真研究。
工業(yè)軟件的技術(shù)產(chǎn)品大類是一個(gè)生機(jī)勃勃、不斷發(fā)展演進(jìn)的龐大家族。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),工業(yè)軟件有近2萬(wàn)種。面對(duì)如此龐大的工業(yè)軟件家族,如何用一套叢書(shū)來(lái)進(jìn)行一場(chǎng)“小樣本、大視野、深探底”的表述,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。就連“工業(yè)軟件”術(shù)語(yǔ)本身,也是在最初沒(méi)有定義的情況下,伴隨著工業(yè)軟件的不斷發(fā)展而逐漸產(chǎn)生的,形成了一個(gè)“用于工業(yè)過(guò)程的所有軟件”的基本共識(shí)。如果想準(zhǔn)確地論述工業(yè)軟件,從范疇上說(shuō),要從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局所定義的“工業(yè)門(mén)類”出發(fā),把應(yīng)用在礦業(yè)、制造業(yè)、能源業(yè)這三大門(mén)類中的所有軟件都囊括進(jìn)來(lái),而不能僅僅把目光放在制造業(yè)一個(gè)門(mén)類上;從分類上說(shuō),既要顧及現(xiàn)有分類(如CAX、MES等),也要著眼于未來(lái)可能的新分類(如工研軟件、工管軟件等);從架構(gòu)上說(shuō),既要顧及傳統(tǒng)架構(gòu)(如ISA95)的軟件,也要考慮到基于云架構(gòu)(如SaaS)的訂閱式軟件;從所有權(quán)上說(shuō),既要考慮到商用軟件,也要考慮到自用軟件(in-house software);等等。本叢書(shū)力爭(zhēng)做到從不同的維度和視角,對(duì)各種形態(tài)的工業(yè)軟件都能有所展現(xiàn),勾勒出一幅工業(yè)軟件的中國(guó)版圖,盡管這種展現(xiàn)與勾勒,很可能是粗線條的。
工業(yè)軟件的支撐環(huán)境是一個(gè)不可缺失的重要內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)、云技術(shù)、材料屬性庫(kù)、圖形引擎、過(guò)程語(yǔ)言、工業(yè)操作系統(tǒng)等,都是支撐各種形態(tài)的工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)性的“數(shù)字底座”;A(chǔ)不牢,地動(dòng)山搖,遑論自主,更無(wú)可控。沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)軟件所需要的運(yùn)行支撐環(huán)境,就沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)軟件。因此,工業(yè)軟件的“數(shù)字底座”是一項(xiàng)必須涉及的重要內(nèi)容。
在基礎(chǔ)篇中,本書(shū)首先提出了對(duì)“新工業(yè)”的認(rèn)識(shí)和理解,指出工業(yè)知識(shí)與工業(yè)軟件是“新工業(yè)”重要的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)工具,同時(shí)又是生產(chǎn)產(chǎn)物的重要組成部分,而知識(shí)工程則是連接工業(yè)知識(shí)與工業(yè)軟件的橋梁。
在此背景下,體系篇進(jìn)一步介紹了認(rèn)知“知識(shí)”,特別是工業(yè)知識(shí)的“金字塔模型”,知識(shí)工程的體系,特別是知識(shí)體系的內(nèi)涵,以及對(duì)其進(jìn)行評(píng)估的知識(shí)工程成熟度模型。
對(duì)工業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)概念和體系架構(gòu)進(jìn)行清晰闡述之后,技術(shù)篇從技術(shù)層面介紹工業(yè)知識(shí)的采集、加工和表達(dá),以及軟件化、模型化和平臺(tái)化。這形成了面向工業(yè)應(yīng)用的知識(shí)工程平臺(tái)。最后,本篇對(duì)各個(gè)階段所用到的技術(shù)、工具和相關(guān)方法展開(kāi)了詳盡的介紹,包括基于知識(shí)平臺(tái)進(jìn)行工業(yè)知識(shí)的應(yīng)用與創(chuàng)新的整個(gè)過(guò)程。
實(shí)踐篇圍繞如何為企業(yè)或組織實(shí)施知識(shí)工程的問(wèn)題,提出了實(shí)施知識(shí)工程的方法論DAPOSI。該方法論的介紹充分融合了近兩年我們自身的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)踐。此方法論包括六個(gè)階段:定義階段(Define)、分析階段(Analyze)、定位階段(Position)、構(gòu)建階段(Organize)、模擬階段(Simulate)、實(shí)施階段(Implement)。DAPOSI方法論在不同行業(yè)和企業(yè)落地,需要根據(jù)其業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、信息化程度等形成適合本行業(yè)、本組織的落地實(shí)踐方案,因此在本篇中同時(shí)提出了知識(shí)工程落地實(shí)踐的基本策略,以及在各行業(yè)落地的典型案例,以期為讀者提供有益借鑒。
知識(shí)工程“讓工業(yè)植入軟件基因,讓制造裝上知識(shí)引擎”!本書(shū)旨在能夠?yàn)楦嗳肆私夤I(yè)軟件發(fā)展和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型盡綿薄之力。希望讀者能夠在閱讀后提出寶貴的意見(jiàn)和建議。
最后,衷心感謝趙敏老師、郭朝暉老師、王美清老師、馮升華老師、楊春暉老師等為本書(shū)提供素材和寶貴建議。他們對(duì)于工業(yè)知識(shí)軟件化的核心觀點(diǎn)也在本書(shū)中有所體現(xiàn)。
上海市智能制造及機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,上海市智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,上海大學(xué)機(jī)械工程一流學(xué)科智能制造方向帶頭人,首批“智能制造工程”專業(yè)負(fù)責(zé)人,中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員
目錄
前言
第一部分 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生方法
第1章 數(shù)字孿生理論
1.1 數(shù)字孿生定義及內(nèi)涵 / 2
1.1.1 數(shù)字孿生的提出 / 2
1.1.2 數(shù)字孿生的定義 / 4
1.1.3 數(shù)字孿生的內(nèi)涵 / 6
1.1.4 數(shù)字孿生的特征 / 7
1.2 數(shù)字孿生相關(guān)概念 / 8
1.2.1 數(shù)字孿生與智能制造 / 8
1.2.2 數(shù)字孿生與CPS / 8
1.2.3 數(shù)字孿生與仿真 / 9
1.2.4 數(shù)字孿生、數(shù)字樣機(jī)和MBSE / 14
1.2.5 數(shù)字孿生、數(shù)字主線和資產(chǎn)管理殼 / 16
1.2.6 相關(guān)概念對(duì)比總結(jié) / 20
1.3 數(shù)字孿生的應(yīng)用價(jià)值與適用準(zhǔn)則 / 23
1.3.1 數(shù)字孿生的應(yīng)用價(jià)值 / 23
1.3.2 數(shù)字孿生的適用準(zhǔn)則 / 25
參考文獻(xiàn) / 26
第2章 數(shù)字孿生模型
2.1 數(shù)字孿生模型概述 / 30
2.1.1 數(shù)字孿生三維模型 / 30
2.1.2 數(shù)字孿生四維模型 / 30
2.1.3 數(shù)字孿生五維模型 / 31
2.1.4 數(shù)字孿生八維模型 / 32
2.2 面向產(chǎn)品生命周期的數(shù)字孿生模型 / 33
2.2.1 設(shè)計(jì)階段的數(shù)字孿生模型 / 33
2.2.2 制造階段的數(shù)字孿生模型 / 35
2.2.3 服務(wù)階段的數(shù)字孿生模型 / 37
參考文獻(xiàn) / 38
第3章 數(shù)字孿生車(chē)間
3.1 制造車(chē)間的發(fā)展歷程 / 41
3.1.1 自動(dòng)化車(chē)間 / 41
3.1.2 數(shù)字化車(chē)間 / 43
3.1.3 智能化車(chē)間 / 47
3.2 數(shù)字孿生車(chē)間的架構(gòu)與特征 / 49
3.2.1 數(shù)字孿生車(chē)間的系統(tǒng)組成 / 49
3.2.2 數(shù)字孿生車(chē)間的演化機(jī)理 / 52
3.2.3 數(shù)字孿生車(chē)間的運(yùn)行機(jī)制 / 55
3.2.4 數(shù)字孿生車(chē)間的特征 / 57
3.3 數(shù)字孿生車(chē)間的發(fā)展與展望 / 58
3.3.1 數(shù)字孿生車(chē)間的發(fā)展 / 58
3.3.2 數(shù)字孿生車(chē)間的展望 / 59
參考文獻(xiàn) / 60
第二部分 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生技術(shù)
第4章 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)融合技術(shù)
4.1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的來(lái)源與分類 / 65
4.2 數(shù)字孿生車(chē)間的數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù) / 67
4.2.1 數(shù)字孿生車(chē)間的數(shù)據(jù)采集與傳輸框架 / 67
4.2.2 數(shù)字孿生車(chē)間的數(shù)據(jù)采集技術(shù) / 69
4.2.3 數(shù)字孿生車(chē)間的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) / 73
4.3 數(shù)字孿生車(chē)間的數(shù)據(jù)管理技術(shù) / 75
4.3.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù) / 76
4.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) / 79
4.4 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù) / 87
4.4.1 多源數(shù)據(jù)融合流程 / 88
4.4.2 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)分類 / 89
參考文獻(xiàn) / 91
第5章 數(shù)字孿生建模與智能交互技術(shù)
5.1 多尺度、多領(lǐng)域數(shù)字孿生建模技術(shù) / 94
5.1.1 多尺度幾何建! / 94
5.1.2 多領(lǐng)域數(shù)字孿生建! / 95
5.1.3 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行邏輯建模 / 97
5.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)虛實(shí)映射技術(shù) / 101
5.2.1 工業(yè)通信協(xié)議 / 101
5.2.2 同步映射和匹配映射 / 104
5.3 基于VR、AR、MR的智能交互技術(shù) / 107
5.3.1 基于VR的智能交互技術(shù) / 107
5.3.2 基于AR的智能交互技術(shù) / 108
5.3.3 基于MR的智能交互技術(shù) / 109
5.4 系統(tǒng)集成與測(cè)試技術(shù) / 110
5.4.1 系統(tǒng)集成 / 110
5.4.2 系統(tǒng)測(cè)試 / 111
參考文獻(xiàn) / 114
第6章 基于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)分析與智能決策技術(shù)
6.1 生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)建模技術(shù) / 117
6.1.1 數(shù)字主線 / 117
6.1.2 知識(shí)圖譜 / 118
6.1.3 數(shù)據(jù)建模語(yǔ)言 / 124
6.2 工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術(shù) / 127
6.2.1 特征工程 / 127
6.2.2 數(shù)據(jù)挖掘 / 131
6.3 生產(chǎn)過(guò)程的智能決策技術(shù) / 138
6.3.1 統(tǒng)計(jì)推理 / 138
6.3.2 生物進(jìn)化與群智能 / 139
6.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) / 142
6.3.4 綜合評(píng)價(jià)方法 / 146
參考文獻(xiàn) / 149
第三部分 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字孿生應(yīng)用
第7章 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字孿生應(yīng)用概述
7.1 數(shù)字孿生應(yīng)用概述 / 153
7.1.1 電力系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用 / 153
7.1.2 航空領(lǐng)域應(yīng)用 / 154
7.1.3 航天領(lǐng)域應(yīng)用 / 155
7.1.4 航運(yùn)領(lǐng)域應(yīng)用 / 156
7.1.5 汽車(chē)制造領(lǐng)域應(yīng)用 / 157
7.1.6 醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用 / 159
7.1.7 智慧城市領(lǐng)域應(yīng)用 / 161
7.1.8 供應(yīng)鏈領(lǐng)域應(yīng)用 / 162
7.1.9 智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用 / 163
7.1.10 智慧建筑領(lǐng)域應(yīng)用 / 164
7.2 國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐 / 166
7.2.1 海爾卡奧斯工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) / 166
7.2.2 三一重工數(shù)字孿生應(yīng)用 / 169
7.3 國(guó)外企業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐 / 171
7.3.1 空中客車(chē)公司數(shù)字孿生應(yīng)用 / 171
7.3.2 GE數(shù)字孿生應(yīng)用 / 172
7.3.3 Sim&Cure醫(yī)療數(shù)字孿生應(yīng)用 / 174
參考文獻(xiàn) / 174
第8章 數(shù)字孿生裝配車(chē)間工藝參數(shù)優(yōu)化
8.1 汽車(chē)后橋裝配工藝優(yōu)化問(wèn)題分析 / 177
8.1.1 裝配質(zhì)量控制需求分析 / 17