前言

国家发展和改革委员会重磅发布了《关于推进“上云用数赋智”行动　培育新经济发展实施方案》（以下简称《方案》），其中“数字孪生”技术在方案中被多次提及，和云计算、人工智能、5G、物联网等前沿技术一样，受关注程度上升到国家高度。数字孪生技术最先应用于工业制造的领域中。目前，全球领先的制造企业正在将对数字孪生的理解与自身业务融合，形成工业4.0时代下的解决方案。

工业数字孪生是多类数字化技术的集成融合和创新应用，基于建模工具在数字空间构建出精准物理对象模型，再利用实时IoT（Internet of Things，物联网）数据驱动模型运转，进而通过数据与模型集成融合构建起综合决策能力，推动全业务流程闭环优化。

随着云计算、大数据、人工智能、5G技术以及AIGC（Artificial Intelligence Generated Content，人工智能生成内容）的迅猛发展，数字孪生应用范围的拓展得到了保障。在制造业企业应用中，通过物联网及边缘计算上传相关数据后，使用工业数字孪生技术可以完成生产、能耗、设备、设计、制造管理等工作，进而实现提质、降本、创收、增效四大价值。

市场规模上，根据中国信通院数据显示：2021年，全球数字孪生市场规模达到49亿美元，预计全球数字孪生市场将以58%的复合增长率增长，到2026年将达到482亿美元。另据艾瑞咨询数据显示：2022年中国数字孪生市场规模为104亿元，预计2025年国内市场规模将达375亿元，2022－2025年CAGR（Compound Annual Growth Rate，复合年均增长率）为54.3%。可见，从高端制造到传统工业，工业数字孪生沸点将至。

但工业数字孪生应用目前仅处于初级阶段，四类关键场景有望成为重点应用方向，即存量工厂三维可视化改造“应用普及”、全场景虚拟制造诊断“能力提升”、实时仿真／智能仿真“单点突破”、大国重器系统工程“科技攻坚”。

工业数字孪生在制造行业的应用仅有技术支持还不够，制造业企业所处的业务场景和对应需求并不一样，行业技能诀窍是实现工业数字孪生落地的关键，要结合行业数据要素，不断打磨模型，才能建立精准智能的业务模型。

本书对工业数字孪生相关技术进行了全面拆解与梳理，并结合行业数据要素，总结了工业数字孪生在智能制造中的具体应用模型以及经验，希望能对数字孪生的落地实践有指导意义。其中，对工业数字孪生底层技术体系的拆解，如数字线程、模型修正、模型融合等技术对于智能制造领域的数字孪生项目也有很强的建设性作用，既有战略思考高度和理论研究深度，又有行业覆盖广度，非常值得大家深入学习研究。本书适合数字孪生从业者、研究开发人员和对数字孪生有兴趣的技术团队人员阅读，赋能产业智能化升级。

本书第1章将从数字孪生的诞生开始梳理，了解数字孪生的过去、现在和将来。第2章详细介绍工业数字孪生底层技术体系及关键技术。第3章拆解工业互联网支持下的数字孪生车间构建。第4章总结工业数字孪生在智能制造中的具体应用，如何基于数字孪生搭建新时代的智慧工厂。第5章介绍部分一线制造企业工业数字孪生的应用实例。第6章展望工业数字孪生在未来的应用。

本书主要由陈岩光、于连林、王志强、刘林、李丽、郭鑫浩、梁帅、马步登、冯鑫编写，主要的配图由祁靖轩、王洗尘、于健、裴旭冉完成，部分图片素材来源网络。在笔者写作过程中，苏涛、王丽、周磊提供了很多帮助，同时也参考了很多前辈的文献资料，这些文献资料的大部分都在参考文献中声明，但是难免会有遗漏，还请各位前辈多多理解，在此表示感谢。最后，非常感谢清华大学出版社王金柱编辑的辛苦付出。

编　者

2023年11月30日