數字孿生作為近年來興起的一項綜合性技術，正在深刻地改變著我們對于設計、制造和運營的理解。它將虛擬世界與現(xiàn)實系統(tǒng)緊密結合，為我們提供了一種全新的方式來理解和優(yōu)化復雜系統(tǒng)的行為和性能。本書旨在為本科生提供數字孿生的基礎知識和方法，幫助他們快速入門并掌握這一領域的核心概念和技術。全書共分為9個章節(jié)，從數字孿生的發(fā)展、定義、組成和系統(tǒng)開始，以數字孿生在不同制造業(yè)場景中的應用為出發(fā)點，深入給出數字孿生系統(tǒng)建模基礎，講解了數字孿生的數學描述、面向對象的建模方法、語義描述語言和系統(tǒng)建模語言等內容。第3章是數字孿生幾何建模，介紹了三維幾何建模、三維場景建模以及常用的三維文件格式和建模工具。然后分兩章重點介紹數字孿生機理模型和數據驅動模型，講解了經典的機理建模方法、數據分析模型、時序數據建模和各種數據驅動模型。在第6章給出了數字孿生系統(tǒng)集成，詳細介紹數據集成、模型集成、全生命周期應用集成以及數字孿生系統(tǒng)的開發(fā)方法。在數字孿生控制系統(tǒng)章節(jié)，給出了數字孿生控制的定義、組成和典型控制模式，以及數字孿生控制的方法。第8章和第9章是數字孿生可視化和系統(tǒng)開發(fā)，概述了三維場景可視化、信息可視化和科學計算可視化，以及數字孿生的可視化交互，并給出了一個鋰電池數字孿生的案例實現(xiàn)。本書可作為開設了數字孿生技術課程(理論學習32學時和課程設計16學時)的機械類和自動化等專業(yè)本科生教材，也可供數字孿生的初學者參考。編寫本書的初衷之一是因為當前面向本科生的數字孿生教材相對較少，鑒于數字孿生是一個綜合性技術的綜合體，將各種技術全面涵蓋是一項艱巨的任務。本書講義僅經過兩年的本科生教學實踐，目前出版成書，誠惶誠恐。在此，我要衷心感謝北京航空航天大學陶飛教授，廣州理工大學劉強教授，西北工業(yè)大學王軍強教授，山東大學胡天亮教授，北京理工大學劉檢華教授，東南大學劉曉軍教授、劉庭煜教授，西安交通大學徐俊教授、徐錚教授，上海交通大學鄭宇教授，大連理工大學孫清超教授，浙江大學彭濤副教授，新西蘭奧克蘭大學徐洵(Xun Xu)教授、陸玉前(Yuqian Lu)博士，以及香港理工大學鄭湃博士、劉世民博士、劉天元博士等的鼓勵和指導。同時，我還要特別感謝我的博士研究生仝小東、張祺、溫曉健、孫奕程幫助準備材料和校訂意見，他們的辛勤工作和專業(yè)知識為本書出版提供了重要保障。最后，還要感謝東華大學智能制造專業(yè)2022級、2023級同學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。數字孿生的快速發(fā)展使其涉及的領域日新月異，本書所涵蓋的內容不全面，管中窺豹。另外，本書在追求覆蓋面的同時可能導致理論深度不足。希望讀者在閱讀過程中能夠積極思考、批判性地思維，并與實際應用相結合，以深入了解和探索數字孿生的無限潛力。鮑勁松2024年2 月于上海