工業數字孿生與企業應用實踐

第1章 工業數字孿生的發展 1
1.1 數字孿生的概念 2
1.2 數字孿生的特徵 10
1.3 面向智慧製造的工業數字孿生 13
1.4 工業數字孿生的發展階段 16
1.5 工業數字孿生的功能架構 17
1.6 發展工業數字孿生的意義 17
1.7 工業數字孿生應用行業分析 19
1.7.1 流程行業分析 20
1.7.2 多品種小批量離散行業分析 21
1.7.3 少品種大批量離散行業分析 21
1.8 工業數字孿生產業佈局動向 22
1.8.1 產業佈局 23
1.8.2 企業合作分析 25
1.8.3 巨頭發展佈局分析 27
1.9 國內外工業數字孿生發展情況 31
1.9.1 政策層面 32
1.9.2 行業應用層面 33
1.9.3 市場層面 33
1.9.4 企業主體層面 34
1.9.5 標準化層面 34
1.10 本章小結 35
1.11 參考資料 36

第2章 工業數字孿生技術體系及
關鍵技術 37
2.1 技術體系架構 39
2.1.1 概念 39
2.1.2 工業數字孿生技術體系 42
2.1.3 小結 46
2.2 數字支撐技術 48
2.2.1 概念 48
2.2.2 技術體系 49
2.2.3 小結 51
2.3 數字執行緒技術 52
2.3.1 概念 53
2.3.2 技術體系 55
2.3.3 小結 57
2.4 數字孿生體技術 58
2.4.1 概念 58
2.4.2 技術體系 60
2.4.3 小結 66
2.5 人機交互技術 67
2.5.1 概念 68
2.5.2 技術體系 73
2.5.3 小結 78
2.6 參考資料 79

第3章 工業互聯網支持下的數字孿生車間構建 81
3.1 數字孿生車間管理的相關理論 81
3.1.1 車間管理的發展及需求分析 81
3.1.2 數字孿生車間的概念及應用 83
3.1.3 虛擬車間、數字車間與數字
孿生車間的比較 85
3.2 數字孿生車間構建的總體設計 86
3.2.1 工業互聯網技術對數字
孿生車間構建的支援 86
3.2.2 數字孿生車間的總體架構 87
3.2.3 數字孿生車間運行模式 90
3.3 數字孿生車間構建的實施策略 92
3.3.1 統籌規劃，服務戰略 92
3.3.2 聚焦痛點，扎實推進 93
3.3.3 以人為本，管理取勝 93
3.3.4 效益驅動，落地為王 94
3.4 數字孿生車間構建的實現方案 94
3.4.1 數字孿生車間設備的集成及互聯互通 95
3.4.2 基於數字孿生的數字化車間建模 96
3.4.3 面向數字孿生的數據採集系統 106
3.4.4 數字孿生車間管理系統 115
3.5 數字孿生車間的構建效果評估及分析 127
3.5.1 設備互聯互通，即時數據彙聚 128
3.5.2 生產協同管理，問題智慧預警 128
3.5.3 持續反覆運算優化，支持精准決策 128
3.6 本章小結 129
3.7 參考資料 129

第4章 構建基於數字孿生的智慧工廠 131
4.1 製造業工廠的發展現狀淺析 131
4.1.1 製造業工廠的定義 132
4.1.2 製造業工廠的發展歷程 132
4.1.3 製造業工廠目前所面臨的問題 133
4.2 數字孿生智慧工廠的設計思路 134
4.2.1 智慧工廠的發展 135
4.2.2 數字孿生智慧工廠的建設目標 136
4.2.3 數字孿生智慧工廠的總體規劃 138
4.2.4 智慧工廠實現數字孿生的技術路線 141
4.2.5 構建數字孿生智慧工廠的意義 145
4.3 數字孿生在智慧工廠中的應用場景 147
4.3.1 基於數字孿生的生產工藝設計系統 147
4.3.2 基於數字孿生的生產過程監控系統 152
4.3.3 基於數字孿生的物流倉儲系統 158
4.3.4 基於數字孿生的設備管理系統 164
4.3.5 基於數字孿生的能耗監控及優化系統 168
4.3.6 基於數字孿生的生產安全應急管理系統 173
4.4 本章小結 181
4.5 參考資料 181

第5章 應用實例 184
5.1 案例一 數字孿生打造電子電器智慧製造工廠 184
5.1.1 行業背景 184
5.1.2 專案說明 184
5.1.3 行業特點 185
5.1.4 專案需求 186
5.1.5 設計思路 188
5.1.6 功能展示 190
5.1.7 應用成效 195
5.1.8 實施過程 195
5.2 案例二 數字孿生構建乳製品生產
工廠視覺化能源監測體系 196
5.2.1 行業現狀 196
5.2.2 行業背景 197
5.2.3 國家規定 198
5.2.4 專案說明 198
5.2.5 專案需求 199
5.2.6 功能設計 200
5.2.7 應用成效 212
5.2.8 實施過程 213
5.3 案例三 數字孿生監管高速動車運行狀態助力智慧生產 214
5.3.1 行業背景 214
5.3.2 技術特點 215
5.3.3 行業需求 216
5.3.4 功能展示 217
5.3.5 應用成效 221
5.3.6 實施過程 221
5.4 案例四 數字孿生助力智慧風電數字化運營監管 222
5.4.1 專案說明 223
5.4.2 行業背景 223
5.4.3 行業現狀 224
5.4.4 數字孿生應用優勢 225
5.4.5 專案需求 225
5.4.6 專案規劃 226
5.4.7 功能設計 228
5.4.8 實施過程 235
5.5 案例五 數字孿生賦能企業實現
汽車智慧製造 237
5.5.1 行業背景 237
5.5.2 專案說明 239
5.5.3 行業特點 240
5.5.4 數字孿生應用優勢 240
5.5.5 專案需求 242
5.5.6 專案規劃 244
5.5.7 功能設計 245
5.5.8 應用成效 248
5.5.9 實施過程 249
5.6 案例六 數字孿生助力打造煤炭液化生產企業智慧調度中心 250
5.6.1 行業介紹 250
5.6.2 行業背景 251
5.6.3 專案說明 253
5.6.4 技術優勢 253
5.6.5 專案需求 254
5.6.6 專案規劃 256
5.6.7 功能設計 257
5.6.8 應用成效 263
5.6.9 實施過程 264
5.7 參考資料 265

第6章 總結與展望 266
6.1 數字孿生的主要技術方向 267
6.1.1 信息建模 268
6.1.2 信息同步 269
6.1.3 信息強化 270
6.1.4 信息分析 271
6.1.5 智慧決策 271
6.1.6 信息訪問介面 272
6.1.7 信息安全 273
6.2 數字孿生的應用方向 275
6.2.1 產品研發設計 275
6.2.2 工藝規劃模擬 279
6.2.3 生產過程模擬 281
6.2.4 設備監控優化 284
6.2.5 智慧產品運維 289
6.3 數字孿生的專案準則 290
6.4 數字孿生的未來技術展望 291
6.4.1 多學科融合 292
6.4.2 人工智慧 293
6.4.3 雲計算和大數據技術 295
6.4.4 物聯網技術 296
6.4.5 移動通信技術 298
6.4.6 人機交互技術 299
6.4.7 跨行業應用 301
6.5 參考資料 304

陳岩光

畢業於北京大學計算機系，現任天津卓朗科技副總裁，天津市科學技術協會委員，天津市計算機學會理事，對雲計算、大數據、人工智慧、數字孿生等領域有深入研究，目前主要負責卓朗科技工業軟體、數字孿生產品線。 于連林，天津卓朗科技發展有限公司天工事業部副總經理，在工業軟體和數字孿生領域從業多年，對相關技術有深入研究。