新书推荐 | 数字孪生驱动的智能制造 2019-05-27 14:50:31

2018年,北京航空航天大学陶飞教授受爱思唯尔邀请,与博士生张萌、新加坡国立大学A.Y.C. Nee教授合作在2019年出版了英文专著《Digital Twin Driven Smart Manufacturing》(中文译作《数字孪生驱动的智能制造》),这是全球第一本系统阐述数字孪生智能制造的专著其姊妹篇《Digital Twin Driven Smart Design》也即将完稿,爱思唯尔已完成该专著的封面设计,并将于2019年底正式出版。

 

陶飞教授对数字孪生的研究可追溯到2015年,当时陶飞及其团队对如何实现制造信息物理融合的有效手段进行了深入的研究与探索:

  1. 首次提出了数字孪生车间的概念,发表了首篇数字孪生车间论文,研究了数字孪生车间构建、运行、迭代优化的关键技术,提出了基于数字孪生的设备健康管理、能效分析与优化、车间信息物理融合等理论方法,为数字孪生在车间中的落地应用提供了理论参考;

  2. 创造性地提出了数字孪生五维模型,并与合作企业共同探索了该模型在船舶、车辆、飞机、制造车间、卫星/空间通信网络、发电厂等领域中的应用;

  3. 牵头与国内10多所高校和科研院所的学者共同发起了第一届“数字孪生与智能制造服务学术会议”,共同在国内推动数字孪生在制造中的应用;

  4. 陶飞教授近两年受邀在2018全球智能工业大会(俄罗斯)、2018年国际生产工程学会(CIRP)年会(东京)、2019年全球工业互联网大会(乌镇)、2019年中国智能制造大会(武汉),多个IEEE国际学术会议做数字孪生相关大会报告或特邀报告30多次

     

     

 

北航数字孪生研究小组的研究成果引起了学术界与工业界的广泛关注,并被国内外100多所高校/研究机构跟踪研究,并被10多个行业进行落地实践

北航数字孪生研究小组代表性工作


目前《Digital Twin Driven Smart Manufacturing》在Science Direct平台可以下载阅读,本书包括三部分内容:

第一部分 Background and Connotation分析了数字孪生的提出背景、主要发展历程及基本概念,探讨了信息物理空间(Virtual and Physical Spaces)、数字线程(Digital Thread)、数字足迹(Digital Shadow)、虚拟样机(Virtual Prototype)、产品全生命周期管理(Product Lifecycle Management, PLM)、数字资产/企业/工业(Digital Asset/Enterprise/Industry)(第一章)等与数字孪生相关的概念;总结了数字孪生在设计、制造及服务等产品全生命周期不同阶段的国内外学术研究现状,及在航空航天、电力、汽车、石油、医疗、船舶、城市、农业、建筑、环境保护、安全等11个领域的工业应用(第二章);针对当前数字孪生技术发展新趋势与应用新需求,创造性地提出了数字孪生五维模型,研究了该模型的物理实体、虚拟实体、服务、孪生数据及连接的建模方法、关键技术及建模规则(第三章)。

数字孪生主要发展历程


第二部分 Digital Twin Driven Smart Manufacturing结合所提出的数字孪生五维模型,创造性地提出了数字孪生车间(Digital Twin Shop-floor, DTS)的概念,建立了实现DTS的技术体系,探讨了DTS的构成、运行机制、实现方法、特征、关键技术及挑战等(第四章);对DTS中的设备能耗管理框架、方法及潜在优势进行了研究分析(第五章);探索了DTS的参考架构及信息物理融合技术,包括物理融合、模型融合、数据融合及服务融合(第六章);提出了数字孪生驱动的复杂设备健康管理方法,利用基于数字孪生的信息物理交互、数据融合及多维虚拟模型验证对故障监测、预测及维修决策进行优化(第七章)。
(a) 数字孪生车间概念模型
(b) 数字孪生车间关键技术


第三部分 Digital Twin and New Technologies研究了数字孪生与新兴技术在制造领域的深度融合:提出了数字孪生与云计算(Cloud Computing)、雾计算(Fog Computing)、边缘计算(Edge Computing)结合的三层应用架构(第八章);从全生命周期的角度分析了制造大数据,阐述了数字孪生与大数据的区别与联系,及数字孪生与大数据在制造中的集成与融合方法(第九章);研究了数字孪生服务(Services)的产生、管理、应用方法(第十章);讨论了数字孪生与虚拟现实(Virtual Reality, VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)、混合现实(Mixed Reality, MR)结合的应用框架及在制造装配中的应用方法(第十一章);研究了基于数字孪生的信息物理系统(Cyber physical system, CPS)实现框架,并分析了物联网技术(Internet of things, IoT)在该框架中的应用(第十二章)。

数字孪生与新兴技术的深度融合



图书目录:

《Digital Twin Driven Smart Manufacturing》




 
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