數字孿生-超脫現實,構建未來智能圖譜 呂智涵 9787302635901 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
近幾年，數字孿生的概念炙手可熱，從工業生產到日常生活，數字孿生逐漸成為未來工業發展的智慧代表。本書對數字孿生的理論架構和知識體系進行了詳細的講解，從數字孿生的基礎知識到數字孿生進階，再到數字孿生在各個領域的實際應用，循序漸進，帶領讀者一步一步深入了解數字孿生，形成數字孿生知識體系。為方便讀者更好地掌握本書內容，本書引入了多個數字孿生經典案例，以實際應用為引幫助讀者更好地理解數字孿生理論知識，並對如何應用數字孿生有初步的認識。在本書最後，作者對數字孿生的未來發展進行了預測。
編寫本書的目的是讓從事數字孿生相關產業的技術人員更加深入地了解數字孿生，併為其提供有益的參考。本書可供高等院校相關專業師生及對工業智能製造感興趣的讀者學習閱讀。

目錄
第1章數字孿生的概念及發展
1 1什麼是數字孿生
1 1 1數字孿生的定義及特徵
1 1 2數字孿生與傳統模擬的區別
1 2數字孿生的發展
1 2 1數字孿生的發展歷程
1 2 2數字孿生的構建
小結
第2章數字孿生的應用領域
2 1數字孿生在工業生產中的應用
2 1 1智慧工廠
2 1 2生產監控
2 1 3工業部署
2 2數字孿生在醫療領域中的應用
2 2 1疾病治療
2 2 2健康管理
2 2 3運動規劃
2 3數字孿生在智慧城市中的應用
2 3 1城市規劃
2 3 2城市治理
2 3 3未來的智慧城市
2 4數字孿生在商業領域中的應用
2 4 1線下銷售
2 4 2線上銷售
小結
第3章數字孿生中的物聯網
3 1物聯網簡介
3 2數字孿生和物聯網共同促進
3 2 1數字孿生促進物聯網發展
3 2 2NBIoT賦能數字孿生
3 3未來展望
3 3 1目前存在的問題
3 3 2未來發展方向
小結
第4章數字孿生關鍵技術： 基於模型的視角
4 1什麼是孿生
4 2基於模型的數字孿生架構
4 3數學建模和模擬
4 4物聯網
4 5互動式圖表和增強現實
4 6電子文件管理
4 7主數據管理
4 8自然語言處理
4 9數字孿生整合的代數方法
4 10構成異構資產的數字孿生
小結
第5章基於交互的數字孿生複雜系統管理
5 1數字孿生系統與生產
5 1 1數字孿生出現的先決條件
5 1 2影響數字孿生有效性的互動對象參數
5 1 3數字孿生概念中的物理和虛擬生產過程
5 2數字孿生多結構系統
5 2 1描述多結構系統的方法學基礎
5 2 2多結構系統的基本要素
5 2 3多結構系統的功能管理
5 2 4多結構系統的信息流組織
5 2 5多結構系統的組織和架構
5 2 6多結構體度量系統和多結構系統元素
5 2 7多結構系統的管理系統
5 2 8多結構系統自動控制原理與技術
5 2 9信息物理系統的數學建模及其對數字孿生的管理
5 2 10數字化對象的數字孿生及其在多元結構系統中的實現
5 3智慧能源多結構系統示例
5 3 1智能能源系統的組件
5 3 2IES多結構系統
5 3 3IES網路結構的管理
5 4智能家居多結構系統實例
5 4 1智能家居的組成部分及其相互作用
5 4 2構建智能家居多結構的數字孿生
5 4 3基於交互數字孿生的智能家居多結構管理系統
5 4 4基於數字孿生技術的智能家居氣候管理系統的實施
5 4 5神經網路在智能家居氣候管理中的應用
小結
第6章流程工業的數字孿生
6 1流程工業的基本概念
6 1 1一個實例： 實驗室用水的處理過程
6 1 2管道和儀錶圖
6 1 3流程工業的核心： 控制迴路
6 1 4建立物理流程的模擬模型
6 1 5獲取物理流程建模的工程設計源信息
6 1 6操作的異常處理
6 1 7將控制系統與物理流程模型進行整合
6 2流程工業的類型
6 3流程工業中的數字孿生
第7章智能電網的數字孿生
7 1智能電網中數字孿生的發展
7 2智能電網數字孿生定義
7 3數字孿生在智能電網中的建模與應用
7 3 1基於參數估計的非線性模型
7 3 2基於人工神經網路的數字孿生： 用於狀態預估
7 3 3基於數據驅動數字孿生的控制器設計
小結
第8章智慧農業的數字孿生
8 1農業的數字孿生
8 2數字孿生構建智慧農場
8 2 1人工智慧預測植物生長狀況
8 2 2虛擬現實模擬三維數字農場
8 2 3區塊鏈技術實現供應鏈管理
8 3數字孿生應用於農業領域仍存在的問題
小結
第9章社交媒體對數字孿生的看法以及數字孿生成熟度模型
9 1數字孿生概述
9 2社交媒體分析方法論
9 3數字孿生媒體數據分析
9 3 1關於數字孿生媒體數據的時間序列分析
9 3 2數字孿生媒體數據的無監督聚類
9 4通過行業分析媒體數據
9 5成熟度模型
9 5 1成熟度模型的背景
9 5 2數字孿生的成熟度模型
小結
第10章元宇宙綜述
10 1元宇宙和交互技術
10 1 1虛擬現實技術
10 1 2增強現實技術
10 1 3混合現實技術
10 1 4全息影像技術
10 1 5腦機交互技術
10 1 6感測技術
10 2元宇宙中的區塊鏈
10 3元宇宙與人工智慧技術
10 3 1計算機視覺： 為元宇宙的構建提供虛實結合的觀感
10 3 2機器學習： 強大的技術支撐工具，完善元宇宙運行效率
與智慧化發展
10 3 3自然語言處理： 保障元宇宙主客體之間的準確理解與
交流
10 3 4智能語音： 元宇宙中語言溝通支撐工具，實現元宇宙中
用戶的語言識別與個體交流
10 4元宇宙和網路及電子遊戲技術
10 4 1遊戲引擎： 為元宇宙各種場景數字內容提供最重要的
技術支撐
10 4 23D建模： 為元宇宙高速、高質量搭建各種素材提供技
術支持
10 4 3實時渲染： 為元宇宙逼真展現各種數字場景提供至關
重要的技術支撐
10 5元宇宙和網路及運算技術
10 5 15G/6G網路： 為元宇宙感知物理世界萬物的信號和信息
來源提供技術支撐
10 5 2雲計算： 為元宇宙提供高速、低延時、規模化接入傳輸
通道，更實時、流暢的體驗
10 5 3邊緣計算： 為元宇宙用戶提供功能更強大、更輕量化的
終端設備
10 6元宇宙和物聯網
10 6 1感知層： 元宇宙的「皮膚」
10 6 2網路層： 元宇宙的「中樞」
10 6 3應用層： 元宇宙的「大腦」
參考文獻

前言/序言
本書根據應用型高校培養應用型人才的需要，本著循序漸進、理論聯繫實際的原則，內容以適量、實用為度，注重理論知識的運用，著重培養學生應用理論知識分析和解決實際問題的能力。本書力求敘述簡練，概念清晰，通俗易懂，便於自學，是一本體系創新、深淺適度、重在應用、著重能力培養的應用型教材。
我國已經基本確定數字經濟發展方向，數字化轉型成為主航道，如何推進數字經濟發展，成為目前的主要問題之一。數字孿生是負責物理世界和數字空間交互的技術，能夠實現空間上的突破。數字孿生自2010年由NASA正式提出以來，經過十余年的發展，已在多個領域得到了應用，成為近幾年智能領域的代表技術之一。在工業生產領域，以西門子公司、特斯拉公司、ANSYS公司、通用電氣公司為首的全球知名企業開展了智慧工廠的建設，開闢了工業4 0的序幕。在智慧城市領域，目前國內外各大城市都在做數字孿生相關建設。貴陽、浙江、深圳等城市紛紛採用數字孿生城市的建設理念和模式，制定城市設計和規劃，推進新型智慧城市建設。在商業宣傳領域，海爾推出了全新的線上線下交易平台，通過數字孿生實現門店數據可視化，實現核心指標的挖掘分析。除此之外，數字孿生在其他領域也大放光彩，如個性化醫療、智慧物流、智慧農業等新興技術，在數字孿生的幫助下也迅速發展。數字孿生的一大優勢就是能結合多個領域，協同大數據、人工智慧、物聯網等技術，改變各個產業鏈的布局，推動數字經濟發展。隨著數字孿生應用領域的不斷擴大，將逐漸成為國內產業信息化下一階段的主要攻堅技術之一，這就要求進一步增添完善數字孿生教學體系，加速培養新一代技術相關人才，助力國家信息產業建設。
本書由10章組成。第1~3章介紹了數字孿生的基本概念以及其發展歷史； 說明了數字孿生的應用領域，使讀者對數字孿生這一技術有初步的理解和認識； 介紹了數字孿生與物聯網技術之間的關聯，兩者如何共同發展和結合，以及未來如何發展。第4~8章對數字孿生這一技術在理論和應用兩個層面進行具體講解。在理論層面，以模型的視角介紹了數字孿生包含哪些關鍵技術以及如何在複雜系統中進行數字孿生的管理； 在應用層面，為了更加貼近實際應用項目，邀請國內外學者介紹了如何在實際場景中應用數字孿生，包含數字孿生在流程工業、智能電網、智慧農業的應用，並介紹了當前的不足以及未來的展望。第9、10章是對數字孿生技術目前的熱度分析和未來發展。通過對社交媒體的分析，得到數字孿生的熱門應用領域，並以其他行業為基礎，構建了一種成熟度模型來評價數字孿生系統，最後為探索數字孿生這一技術的未來發展，對最近熱門的元宇宙這一概念進行了探討。
本書可作為高等學校計算機、數字媒體、軟體工程等相關專業的教材，也可作為成人教育及自學考試用教材，還可作為數字孿生技術人員的參考用書。
本書第1~3章由呂智涵和郭金康編寫，第4章由塞爾吉·P 科瓦廖夫編寫，第5章由弗拉基米爾·什韋堅科、瓦萊里婭·什韋堅科、安德烈·莫佐欣和奧列格·謝科奇欣編寫，第6章由塞波·謝拉編寫，第7章由德克·韋斯特曼、宋鑫亞和蔡慧編寫，第8章由趙宇航和姜柘宇編寫，第9章由吉姆·謝布梅爾和亞什旺·馬萊亞編寫，第10章由喬亮、李玉璽、解樹軒、劉筱成、邊增旭和劉玉奇編寫，埃琳娜·費斯曼、于增臣、馬潤禾負責排版、校對與潤色，全書由呂智涵擔任主編，完成全書的修改及統稿。
由於編者水平有限，書中不當之處在所難免，歡迎廣大同行和讀者批評指正。
呂智涵
2023年4月