數(shù)字孿生作為近年來(lái)興起的一項(xiàng)綜合性技術(shù)，正在深刻地改變著我們對(duì)于設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營(yíng)的理解。它將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)緊密結(jié)合，為我們提供了一種全新的方式來(lái)理解和優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)的行為和性能。本書旨在為本科生提供數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識(shí)和方法，幫助他們快速入門并掌握這一領(lǐng)域的核心概念和技術(shù)。全書共分為9個(gè)章節(jié)，從數(shù)字孿生的發(fā)展、定義、組成和系統(tǒng)開始，以數(shù)字孿生在不同制造業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，深入給出數(shù)字孿生系統(tǒng)建�；�礎(chǔ)，講解了數(shù)字孿生的數(shù)學(xué)描述、面向?qū)ο蟮慕�模方法、語(yǔ)義描述語(yǔ)言和系統(tǒng)建模語(yǔ)言等內(nèi)容。第3章是數(shù)字孿生幾何建模，介紹了三維幾何建模、三維場(chǎng)景建模以及常用的三維文件格式和建模工具。然后分兩章重點(diǎn)介紹數(shù)字孿生機(jī)理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，講解了經(jīng)典的機(jī)理建模方法、數(shù)據(jù)分析模型、時(shí)序數(shù)據(jù)建模和各種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。在第6章給出了數(shù)字孿生系統(tǒng)集成，詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)集成、模型集成、全生命周期應(yīng)用集成以及數(shù)字孿生系統(tǒng)的開發(fā)方法。在數(shù)字孿生控制系統(tǒng)章節(jié)，給出了數(shù)字孿生控制的定義、組成和典型控制模式，以及數(shù)字孿生控制的方法。第8章和第9章是數(shù)字孿生可視化和系統(tǒng)開發(fā)，概述了三維場(chǎng)景可視化、信息可視化和科學(xué)計(jì)算可視化，以及數(shù)字孿生的可視化交互，并給出了一個(gè)鋰電池?cái)?shù)字孿生的案例實(shí)現(xiàn)。本書可作為開設(shè)了數(shù)字孿生技術(shù)課程(理論學(xué)習(xí)32學(xué)時(shí)和課程設(shè)計(jì)16學(xué)時(shí))的機(jī)械類和自動(dòng)化等專業(yè)本科生教材，也可供數(shù)字孿生的初學(xué)者參考。編寫本書的初衷之一是因?yàn)楫?dāng)前面向本科生的數(shù)字孿生教材相對(duì)較少，鑒于數(shù)字孿生是一個(gè)綜合性技術(shù)的綜合體，將各種技術(shù)全面涵蓋是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。本書講義僅經(jīng)過(guò)兩年的本科生教學(xué)實(shí)踐，目前出版成書，誠(chéng)惶誠(chéng)恐。在此，我要衷心感謝北京航空航天大學(xué)陶飛教授，廣州理工大學(xué)劉強(qiáng)教授，西北工業(yè)大學(xué)王軍強(qiáng)教授，山東大學(xué)胡天亮教授，北京理工大學(xué)劉檢華教授，東南大學(xué)劉曉軍教授、劉庭煜教授，西安交通大學(xué)徐俊教授、徐錚教授，上海交通大學(xué)鄭宇教授，大連理工大學(xué)孫清超教授，浙江大學(xué)彭濤副教授，新西蘭奧克蘭大學(xué)徐洵(Xun Xu)教授、陸玉前(Yuqian Lu)博士，以及香港理工大學(xué)鄭湃博士、劉世民博士、劉天元博士等的鼓勵(lì)和指導(dǎo)。同時(shí)，我還要特別感謝我的博士研究生仝小東、張祺、溫曉健、孫奕程幫助準(zhǔn)備材料和校訂意見，他們的辛勤工作和專業(yè)知識(shí)為本書出版提供了重要保障。最后，還要感謝東華大學(xué)智能制造專業(yè)2022級(jí)、2023級(jí)同學(xué)在使用講義后反饋的大量意見。顯然，本書還有很多不足之處。數(shù)字孿生的快速發(fā)展使其涉及的領(lǐng)域日新月異，本書所涵蓋的內(nèi)容不全面，管中窺豹。另外，本書在追求覆蓋面的同時(shí)可能導(dǎo)致理論深度不足。希望讀者在閱讀過(guò)程中能夠積極思考、批判性地思維，并與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，以深入了解和探索數(shù)字孿生的無(wú)限潛力。鮑勁松2024年2 月于上海