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數(shù)實(shí)共生:工業(yè)化數(shù)字孿生實(shí)戰(zhàn) 本書介紹了數(shù)字孿生的概念和應(yīng)用,并提供了一個(gè)框架,幫助企業(yè)制定數(shù)字孿生戰(zhàn)略以促進(jìn)業(yè)務(wù)成果。讀者可以學(xué)習(xí)到數(shù)字孿生體與實(shí)物資產(chǎn)、流程和技術(shù)之間的關(guān)系,并了解數(shù)字孿生體的正確平臺、規(guī)模和用例的先決條件。 本書還介紹了如何使用Microsoft AzureDigital Twins平臺進(jìn)行數(shù)字孿生體的開發(fā)和部署并通過試點(diǎn)部署、全面部署和價(jià)值跟蹤技術(shù)對數(shù)字孿生體進(jìn)行測試和驗(yàn)證。 1.設(shè)計(jì)、開發(fā)和部署數(shù)字孿生體的完整解決方案,從理論到實(shí)踐,賦能智能制造助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。 2.用一個(gè)構(gòu)建風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù)字孿生體的原型為例,幫助讀者了解如何在現(xiàn)實(shí)世界中設(shè)計(jì)、開發(fā)和部署數(shù)字孿生體。無論你是IT領(lǐng)導(dǎo)者、業(yè)務(wù)線領(lǐng)導(dǎo)者還是正在尋找使用數(shù)字孿生體推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型的專家,本書都能為你提供有價(jià)值的指導(dǎo)。 3.確定數(shù)字孿生體在企業(yè)中適用的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn);開發(fā)數(shù)字孿生體原型,并使用單元測試、集成測試和功能測試進(jìn)行驗(yàn)證;對數(shù)字孿生體進(jìn)行投資回報(bào)率分析,以確定其業(yè)務(wù)的經(jīng)濟(jì)可行性探索改進(jìn)數(shù)字?jǐn)伾w的技術(shù),以備將來的優(yōu)化迭代。 [美]希亞姆·瓦蘭·納特 目前擔(dān)任英國德勤會計(jì)師事務(wù)所的分析和認(rèn)知專家。在此之前,他曾在甲骨文、通用電氣、國際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)等公司工作,他擅長工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫、人工智能和業(yè)務(wù)分析。他曾在多家大公司致力于推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型。他是世界物聯(lián)網(wǎng)解決方案大會(IOTSWC)程序委員會的成員,還是大型技術(shù)活動的定期演講人。 [澳]彼得·范·沙克維克 目前是XMPro公司首席執(zhí)行官,兼任數(shù)字孿生體聯(lián)盟(DTC)自然資源工作組的主席,曾任工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)數(shù)字生體互操作性任務(wù)組的主席。他是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師和技術(shù)專家,善于幫助企業(yè)使用基于事件的實(shí)時(shí)數(shù)字孿生體來強(qiáng)化態(tài)勢感知,在不中斷運(yùn)營的情況下提高流程效率,做出明智決策。他是工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思想領(lǐng)袖,他曾就數(shù)字孿生體、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)和工業(yè)區(qū)塊鏈應(yīng)用等主題著書立說并多次發(fā)表演講。 第一篇 定義數(shù)字孿生體 第 1 章 數(shù)字孿生體簡介............................................ 003 1.1 數(shù)字孿生體的歷史.........................................................004 1.1.1 數(shù)字孿生體概念的起源 ........................................................005 1.1.2 數(shù)字孿生體的定義 ...............................................................008 1.1.3 數(shù)字孿生體的類型 ...............................................................011 1.1.4 數(shù)字孿生體的特征 ...............................................................015 1.1.5 模型和數(shù)據(jù)..........................................................................017 1.1.6 數(shù)字主線.............................................................................018 1.2 數(shù)字孿生體的行業(yè)用途 ..................................................020 1.2.1 數(shù)字孿生體利益相關(guān)者 ........................................................020 1.2.2 行業(yè)數(shù)字孿生體應(yīng)用............................................................022 1.3 數(shù)字孿生體的價(jià)值主張 ..................................................025 1.3.1 降低復(fù)雜性以增強(qiáng)理解 ........................................................025 1.3.2 轉(zhuǎn)型價(jià)值 .............................................................................028 1.3.3 潛在價(jià)值 .............................................................................029 1.4 識別機(jī)會......................................................................031 1.5 小結(jié)............................................................................034 第 2 章 數(shù)字孿生體規(guī)劃............................................ 035 2.1 關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)......................................................................036 2.2 預(yù)期的業(yè)務(wù)成果 ............................................................038 2.2.1 制造業(yè).................................................................................038 2.2.2 供應(yīng)鏈管理..........................................................................045 2.3 實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的先決條件 ............................................047 2.4 組織因素......................................................................050 2.4.1 數(shù)字技術(shù)和人才...................................................................052 2.4.2 生態(tài)系統(tǒng)和聯(lián)盟...................................................................052 2.4.3 組織結(jié)構(gòu)和文化...................................................................053 2.4.4 組織敏捷性的成果 ...............................................................053 2.5 技術(shù)需求......................................................................054 2.5.1 框架和模型..........................................................................054 2.5.2 連接性.................................................................................055 2.5.3 數(shù)據(jù)采集和存儲...................................................................056 2.5.4 邊緣計(jì)算 .............................................................................057 2.5.5 算法和分析..........................................................................057 2.5.6 平臺和應(yīng)用..........................................................................058 2.5.7 可視化.................................................................................058 2.5.8 信息和行動..........................................................................058 2.5.9 反饋....................................................................................059 2.5.10 軟件開發(fā)范式和低代碼 ......................................................059 2.6 小結(jié) ............................................................................060 2.7 思考題.........................................................................060 第二篇 構(gòu)建數(shù)字孿生體 第 3 章 確定第一個(gè)數(shù)字孿生體 .................................. 063 3.1 評估數(shù)字孿生體候選者 ..................................................064 3.1.1 工業(yè)集團(tuán) .............................................................................064 3.1.2 單一行業(yè)領(lǐng)域的大型企業(yè).....................................................069 3.1.3 公共部門實(shí)體 ......................................................................071 3.1.4 大型軟件公司或云服務(wù)提供商..............................................072 3.1.5 獨(dú)立軟件供應(yīng)商...................................................................073 3.1.6 大型系統(tǒng)集成商...................................................................074 3.1.7 小型服務(wù)公司 ......................................................................074 3.2 角色和職責(zé)...................................................................075 3.3 試驗(yàn)和交互 ..................................................................080 3.3.1 敏捷宣言 .............................................................................080 3.3.2 版本....................................................................................082 3.3.3 史詩....................................................................................082 3.3.4 故事....................................................................................083 3.3.5 沖刺....................................................................................084 3.3.6 每日例會 .............................................................................084 3.3.7 測試用例 .............................................................................086 3.3.8 演示和用戶驗(yàn)收...................................................................086 3.3.9 迭代....................................................................................087 3.4 最終候選者 ..................................................................087 3.5 小結(jié) ............................................................................088 3.6 思考題.........................................................................089 第 4 章 從第一個(gè)數(shù)字孿生體開始 ............................... 091 4.1 規(guī)劃框架......................................................................092 4.1.1 項(xiàng)目規(guī)劃框架 ......................................................................092 4.1.2 解決方案規(guī)劃框架 ...............................................................099 4.2 驗(yàn)證問題陳述和預(yù)期結(jié)果 ...............................................101 4.3 探索數(shù)字孿生體開發(fā)的業(yè)務(wù)流程......................................102 4.4 考慮技術(shù)因素 ...............................................................103 4.4.1 資產(chǎn)管理殼..........................................................................104 4.4.2 數(shù)字孿生體定義語言............................................................108 4.5 探索數(shù)字孿生體的數(shù)字平臺............................................113 4.5.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺..........................................................................113 4.5.2 業(yè)務(wù)流程管理平臺 ...............................................................115 4.5.3 分析和數(shù)據(jù)平臺...................................................................116 4.5.4 應(yīng)用平臺.............................................................................116 4.6 小結(jié)............................................................................117 第 5 章 設(shè)置數(shù)字孿生體原型...................................... 119 5.1 確定數(shù)字孿生體平臺......................................................119 5.1.1 資產(chǎn)所有者的視角 ...............................................................120 5.1.2 所需的物聯(lián)網(wǎng)功能 ...............................................................121 5.1.3 構(gòu)建與購買功能...................................................................123 5.2 為數(shù)字孿生體評估公共云、物聯(lián)網(wǎng)和專業(yè)平臺...................124 5.2.1 微軟 Azure Digital Twins...............................................125 5.2.2 AWS 物聯(lián)網(wǎng)平臺 ................................................................126 5.2.3 甲骨文公司的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用.....................................................129 5.2.4 PTC ThingWorx ................................................................131 5.2.5 XMPro ...............................................................................132 5.3 配置和設(shè)置 ..................................................................134 5.4 Azure 數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)考量 ........................................146 5.5 解決方案架構(gòu) ...............................................................148 5.6 小結(jié)............................................................................149 5.7 思考題.........................................................................149 第 6 章 構(gòu)建數(shù)字孿生體原型...................................... 151 6.1 技術(shù)要求......................................................................152 6.2 數(shù)字孿生體的開發(fā)過程 ..................................................152 6.2.1 作為數(shù)字孿生體原型的風(fēng)力渦輪機(jī).......................................152 6.2.2 風(fēng)力渦輪機(jī)的基礎(chǔ)知識和高級數(shù)據(jù)模型 ................................153 6.2.3 使用本體定義數(shù)字孿生體模型..............................................156 6.2.4 將模型上傳到 Azure Digital Twins 實(shí)例.........................165 6.2.5 為風(fēng)電場和風(fēng)力渦輪機(jī)配置數(shù)字孿生體實(shí)例 .........................166 6.3 測試框架......................................................................171 6.3.1 創(chuàng)建應(yīng)用程序以通過代碼更新數(shù)字孿生體原型......................171 6.3.2 以低代碼方式創(chuàng)建應(yīng)用程序并更新數(shù)字孿生體原型...............176 6.4 技術(shù)評估注意事項(xiàng).........................................................180 6.5 業(yè)務(wù)驗(yàn)證和理解............................................................182 6.6 小結(jié)............................................................................185 6.7 思考題.........................................................................185 第 7 章 部署和價(jià)值跟蹤............................................ 187 7.1 數(shù)字孿生體的功能測試 ..................................................188 7.1.1 測試數(shù)字孿生體基礎(chǔ)設(shè)施.....................................................188 7.1.2 測試數(shù)字孿生體應(yīng)用程序.....................................................191 7.2 試點(diǎn)運(yùn)行......................................................................195 7.2.1 試點(diǎn)實(shí)施范圍 ......................................................................197 7.2.2 試點(diǎn)階段的成功標(biāo)準(zhǔn)............................................................199 7.2.3 試點(diǎn)解決方案的時(shí)間表和階段..............................................200 7.2.4 展示試點(diǎn)結(jié)果 ......................................................................201 7.3 全面部署......................................................................207 7.3.1 全面實(shí)現(xiàn)方法 ......................................................................208 7.3.2 大爆炸方法..........................................................................208 第三篇 增強(qiáng)數(shù)字孿生體 第 8 章 強(qiáng)化數(shù)字孿生體............................................ 221 8.1 定義孿生體的孿生體......................................................222 8.1.1 標(biāo)準(zhǔn)的作用..........................................................................224 8.1.2 設(shè)定發(fā)展愿景 ......................................................................226 8.2 評估整個(gè)系統(tǒng)中的第一個(gè)數(shù)字孿生體 ...............................226 8.2.1 分階段方法的理由 ...............................................................228 8.2.2 收益量化 .............................................................................229 8.3 識別相關(guān)的數(shù)字孿生體 ..................................................231 8.4 規(guī)劃復(fù)合孿生體............................................................233 8.4.1 水電數(shù)字孿生體...................................................................235 8.4.2 太陽能發(fā)電廠的數(shù)字孿生體 .................................................237 8.4.3 太陽能光伏和風(fēng)力渦輪機(jī)混合發(fā)電廠....................................241 8.4.4 可再生能源發(fā)電的創(chuàng)新 ........................................................242 8.5 增強(qiáng)功能和后續(xù)步驟......................................................244 8.5.1 企業(yè)級數(shù)字孿生體解決方案推廣所涉及的主要系統(tǒng)...............244 8.5.2 數(shù)字孿生體卓越中心............................................................246 8.6 小結(jié)............................................................................247 8.7 思考題.........................................................................247 附錄 ......................................................................... 249 聯(lián)實(shí)數(shù)字公司首席執(zhí)行官威廉的數(shù)字孿生體主題專訪記錄 ................249 通用電氣可再生能源公司的數(shù)字服務(wù)首席技術(shù)官安瓦爾·艾哈邁德的數(shù)字 孿生體主題專訪記錄........................................................................252
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