作者：（美) 希亚姆·瓦兰·纳特 (Shyam
页数：256
出版社：中国科学技术出版社
出版日期：2023
ISBN：9787523602294
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内容简介
本书介绍了数字李生的概念和应用，并提供了一个框架，帮助企业制定数字李生战略以促进业务成果。读者可以学习到数字李生体与实物资产、流程和技术之间的关系，并了解数字李生体的正确平台、规模和用例的先决条件。本书还介绍了如何使用Microsoft AzureDigital Twins平台进行数字李生体的开发和部署并通过试点部署、全面部署和价值跟踪技术对数字李生体进行测试和验证。
作者简介
[美]希亚姆·瓦兰·纳特
目前担任英国德勤会计师事务所的分析和认知专家。在此之前，他曾在甲骨文、通用电气、国际商业机器公司(IBM)等公司工作，他擅长工业物联网云计算、数据库、人工智能和业务分析。他曾在多家大公司致力于推动数字化转型。他是世界物联网解决方案大会(IOTSWC)程序委员会的成员，还是大型技术活动的定期演讲人。
[澳]彼得·范·沙克维克
目前是XMPro公司首席执行官，兼任数字孪生体联盟(DTC)自然资源工作组的主席，曾任工业物联网联盟(IIC)数字生体互操作性任务组的主席。他是一位经验丰富的工程师和技术专家，善于帮助企业使用基于事件的实时数字孪生体来强化态势感知，在不中断运营的情况下提高流程效率，做出明智决策。他是工业数字化转型的思想领袖，他曾就数字孪生体、工业物联网、机器学习和工业区块链应用等主题著书立说并多次发表演讲。
本书特色
1. 设计、开发和部署数字孪生体的完整解决方案，从理论到实践，赋能智能制造助力企业数字化转型。
2. 用一个构建风力涡轮机数字孪生体的原型为例，帮助读者了解如何在现实世界中设计、开发和部署数字孪生体。无论你是IT领导者、业务线领导者还是正在寻找使用数字孪生体推动数字化转型的专家，本书都能为你提供有价值的指导。
3.确定数字孪生体在企业中适用的关键标准；开发数字孪生体原型，并使用单元测试、集成测试和功能测试进行验证；对数字孪生体进行投资回报率分析，以确定其业务的经济可行性探索改进数字挛生体的技术，以备将来的优化迭代。
目录
第一篇
定义数字孪生体
第 1 章 数字孪生体简介…………………………………….. 003
1.1 数字孪生体的历史…………………………………………………004
1.1.1 数字孪生体概念的起源 ………………………………………………..005
1.1.2 数字孪生体的定义 ………………………………………………………008
1.1.3 数字孪生体的类型 ………………………………………………………011
1.1.4 数字孪生体的特征 ………………………………………………………015
1.1.5 模型和数据………………………………………………………………..017
1.1.6 数字主线…………………………………………………………………..018
1.2 数字孪生体的行业用途 …………………………………………..020
1.2.1 数字孪生体利益相关者 ………………………………………………..020
1.2.2 行业数字孪生体应用……………………………………………………022
1.3 数字孪生体的价值主张 …………………………………………..025
1.3.1 降低复杂性以增强理解 ………………………………………………..025
1.3.2 转型价值 …………………………………………………………………..028
1.3.3 潜在价值 …………………………………………………………………..029
1.4 识别机会…………………………………………………………….031
1.5 小结………………………………………………………………….034
第 2 章 数字孪生体规划…………………………………….. 035
2.1 关键标准…………………………………………………………….036
2.2 预期的业务成果 ……………………………………………………038
2.2.1 制造业………………………………………………………………………038
2.2.2 供应链管理………………………………………………………………..045
2.3 实现数字孪生体的先决条件 ……………………………………..047
2.4 组织因素…………………………………………………………….050
2.4.1 数字技术和人才………………………………………………………….052
2.4.2 生态系统和联盟………………………………………………………….052
2.4.3 组织结构和文化………………………………………………………….053
2.4.4 组织敏捷性的成果 ………………………………………………………053
2.5 技术需求…………………………………………………………….054
2.5.1 框架和模型………………………………………………………………..054
2.5.2 连接性………………………………………………………………………055
2.5.3 数据采集和存储………………………………………………………….056
2.5.4 边缘计算 …………………………………………………………………..057
2.5.5 算法和分析………………………………………………………………..057
2.5.6 平台和应用………………………………………………………………..058
2.5.7 可视化………………………………………………………………………058
2.5.8 信息和行动………………………………………………………………..058
2.5.9 反馈…………………………………………………………………………059
2.5.10 软件开发范式和低代码 ………………………………………………059
2.6 小结 ………………………………………………………………….060
2.7 思考题……………………………………………………………….060
第二篇
构建数字孪生体
第 3 章 确定第一个数字孪生体 ……………………………. 063
3.1 评估数字孪生体候选者 …………………………………………..064
3.1.1 工业集团 …………………………………………………………………..064
3.1.2 单一行业领域的大型企业……………………………………………..069
3.1.3 公共部门实体 …………………………………………………………….071
3.1.4 大型软件公司或云服务提供商……………………………………….072
3.1.5 独立软件供应商………………………………………………………….073
3.1.6 大型系统集成商………………………………………………………….074
3.1.7 小型服务公司 …………………………………………………………….074
3.2 角色和职责………………………………………………………….075
3.3 试验和交互 …………………………………………………………080
3.3.1 敏捷宣言 …………………………………………………………………..080
3.3.2 版本…………………………………………………………………………082
3.3.3 史诗…………………………………………………………………………082
3.3.4 故事…………………………………………………………………………083
3.3.5 冲刺…………………………………………………………………………084
3.3.6 每日例会 …………………………………………………………………..084
3.3.7 测试用例 …………………………………………………………………..086
3.3.8 演示和用户验收………………………………………………………….086
3.3.9 迭代…………………………………………………………………………087
3.4 最终候选者 …………………………………………………………087
3.5 小结 ………………………………………………………………….088
3.6 思考题……………………………………………………………….089
第 4 章 从第一个数字孪生体开始 …………………………. 091
4.1 规划框架…………………………………………………………….092
4.1.1 项目规划框架 …………………………………………………………….092
4.1.2 解决方案规划框架 ………………………………………………………099
4.2 验证问题陈述和预期结果 ………………………………………..101
4.3 探索数字孪生体开发的业务流程………………………………..102
4.4 考虑技术因素 ………………………………………………………103
4.4.1 资产管理壳………………………………………………………………..104
4.4.2 数字孪生体定义语言……………………………………………………108
4.5 探索数字孪生体的数字平台……………………………………..113
4.5.1 物联网平台………………………………………………………………..113
4.5.2 业务流程管理平台 ………………………………………………………115
4.5.3 分析和数据平台………………………………………………………….116
4.5.4 应用平台…………………………………………………………………..116
4.6 小结………………………………………………………………….117
第 5 章 设置数字孪生体原型……………………………….. 119
5.1 确定数字孪生体平台………………………………………………119
5.1.1 资产所有者的视角 ………………………………………………………120
5.1.2 所需的物联网功能 ………………………………………………………121
5.1.3 构建与购买功能………………………………………………………….123
5.2 为数字孪生体评估公共云、物联网和专业平台……………….124
5.2.1 微软 Azure Digital Twins………………………………………..125
5.2.2 AWS 物联网平台 ……………………………………………………….126
5.2.3 甲骨文公司的物联网应用……………………………………………..129
5.2.4 PTC ThingWorx ……………………………………………………….131
5.2.5 XMPro …………………………………………………………………….132
5.3 配置和设置 …………………………………………………………134
5.4 Azure 数字孪生体的数据考量 ………………………………….146
5.5 解决方案架构 ………………………………………………………148
5.6 小结………………………………………………………………….149
5.7 思考题……………………………………………………………….149
第 6 章 构建数字孪生体原型……………………………….. 151
6.1 技术要求…………………………………………………………….152
6.2 数字孪生体的开发过程 …………………………………………..152
6.2.1 作为数字孪生体原型的风力涡轮机…………………………………152
6.2.2 风力涡轮机的基础知识和高级数据模型 …………………………..153
6.2.3 使用本体定义数字孪生体模型……………………………………….156
6.2.4 将模型上传到 Azure Digital Twins 实例…………………….165
6.2.5 为风电场和风力涡轮机配置数字孪生体实例 …………………….166
6.3 测试框架…………………………………………………………….171
6.3.1 创建应用程序以通过代码更新数字孪生体原型………………….171
6.3.2 以低代码方式创建应用程序并更新数字孪生体原型……………176
6.4 技术评估注意事项…………………………………………………180
6.5 业务验证和理解……………………………………………………182
6.6 小结………………………………………………………………….185
6.7 思考题……………………………………………………………….185
第 7 章 部署和价值跟踪…………………………………….. 187
7.1 数字孪生体的功能测试 …………………………………………..188
7.1.1 测试数字孪生体基础设施……………………………………………..188
7.1.2 测试数字孪生体应用程序……………………………………………..191
7.2 试点运行…………………………………………………………….195
7.2.1 试点实施范围 …………………………………………………………….197
7.2.2 试点阶段的成功标准……………………………………………………199
7.2.3 试点解决方案的时间表和阶段……………………………………….200
7.2.4 展示试点结果 …………………………………………………………….201
7.3 全面部署…………………………………………………………….207
7.3.1 全面实现方法 …………………………………………………………….208
7.3.2 大爆炸方法………………………………………………………………..208
第三篇
增强数字孪生体
第 8 章 强化数字孪生体…………………………………….. 221
8.1 定义孪生体的孪生体………………………………………………222
8.1.1 标准的作用………………………………………………………………..224
8.1.2 设定发展愿景 …………………………………………………………….226
8.2 评估整个系统中的第一个数字孪生体 ………………………….226
8.2.1 分阶段方法的理由 ………………………………………………………228
8.2.2 收益量化 …………………………………………………………………..229
8.3 识别相关的数字孪生体 …………………………………………..231
8.4 规划复合孪生体……………………………………………………233
8.4.1 水电数字孪生体………………………………………………………….235
8.4.2 太阳能发电厂的数字孪生体 ………………………………………….237
8.4.3 太阳能光伏和风力涡轮机混合发电厂………………………………241
8.4.4 可再生能源发电的创新 ………………………………………………..242
8.5 增强功能和后续步骤………………………………………………244
8.5.1 企业级数字孪生体解决方案推广所涉及的主要系统……………244
8.5.2 数字孪生体卓越中心……………………………………………………246
8.6 小结………………………………………………………………….247
8.7 思考题……………………………………………………………….247
附录 ………………………………………………………………. 249
联实数字公司首席执行官威廉的数字孪生体主题专访记录 …………….249
通用电气可再生能源公司的数字服务首席技术官安瓦尔·艾哈迈德的数字
孪生体主题专访记录………………………………………………………………252
定义数字孪生体
第 1 章 数字孪生体简介…………………………………….. 003
1.1 数字孪生体的历史…………………………………………………004
1.1.1 数字孪生体概念的起源 ………………………………………………..005
1.1.2 数字孪生体的定义 ………………………………………………………008
1.1.3 数字孪生体的类型 ………………………………………………………011
1.1.4 数字孪生体的特征 ………………………………………………………015
1.1.5 模型和数据………………………………………………………………..017
1.1.6 数字主线…………………………………………………………………..018
1.2 数字孪生体的行业用途 …………………………………………..020
1.2.1 数字孪生体利益相关者 ………………………………………………..020
1.2.2 行业数字孪生体应用……………………………………………………022
1.3 数字孪生体的价值主张 …………………………………………..025
1.3.1 降低复杂性以增强理解 ………………………………………………..025
1.3.2 转型价值 …………………………………………………………………..028
1.3.3 潜在价值 …………………………………………………………………..029
1.4 识别机会…………………………………………………………….031
1.5 小结………………………………………………………………….034
第 2 章 数字孪生体规划…………………………………….. 035
2.1 关键标准…………………………………………………………….036
2.2 预期的业务成果 ……………………………………………………038
2.2.1 制造业………………………………………………………………………038
2.2.2 供应链管理………………………………………………………………..045
2.3 实现数字孪生体的先决条件 ……………………………………..047
2.4 组织因素…………………………………………………………….050
2.4.1 数字技术和人才………………………………………………………….052
2.4.2 生态系统和联盟………………………………………………………….052
2.4.3 组织结构和文化………………………………………………………….053
2.4.4 组织敏捷性的成果 ………………………………………………………053
2.5 技术需求…………………………………………………………….054
2.5.1 框架和模型………………………………………………………………..054
2.5.2 连接性………………………………………………………………………055
2.5.3 数据采集和存储………………………………………………………….056
2.5.4 边缘计算 …………………………………………………………………..057
2.5.5 算法和分析………………………………………………………………..057
2.5.6 平台和应用………………………………………………………………..058
2.5.7 可视化………………………………………………………………………058
2.5.8 信息和行动………………………………………………………………..058
2.5.9 反馈…………………………………………………………………………059
2.5.10 软件开发范式和低代码 ………………………………………………059
2.6 小结 ………………………………………………………………….060
2.7 思考题……………………………………………………………….060
第二篇
构建数字孪生体
第 3 章 确定第一个数字孪生体 ……………………………. 063
3.1 评估数字孪生体候选者 …………………………………………..064
3.1.1 工业集团 …………………………………………………………………..064
3.1.2 单一行业领域的大型企业……………………………………………..069
3.1.3 公共部门实体 …………………………………………………………….071
3.1.4 大型软件公司或云服务提供商……………………………………….072
3.1.5 独立软件供应商………………………………………………………….073
3.1.6 大型系统集成商………………………………………………………….074
3.1.7 小型服务公司 …………………………………………………………….074
3.2 角色和职责………………………………………………………….075
3.3 试验和交互 …………………………………………………………080
3.3.1 敏捷宣言 …………………………………………………………………..080
3.3.2 版本…………………………………………………………………………082
3.3.3 史诗…………………………………………………………………………082
3.3.4 故事…………………………………………………………………………083
3.3.5 冲刺…………………………………………………………………………084
3.3.6 每日例会 …………………………………………………………………..084
3.3.7 测试用例 …………………………………………………………………..086
3.3.8 演示和用户验收………………………………………………………….086
3.3.9 迭代…………………………………………………………………………087
3.4 最终候选者 …………………………………………………………087
3.5 小结 ………………………………………………………………….088
3.6 思考题……………………………………………………………….089
第 4 章 从第一个数字孪生体开始 …………………………. 091
4.1 规划框架…………………………………………………………….092
4.1.1 项目规划框架 …………………………………………………………….092
4.1.2 解决方案规划框架 ………………………………………………………099
4.2 验证问题陈述和预期结果 ………………………………………..101
4.3 探索数字孪生体开发的业务流程………………………………..102
4.4 考虑技术因素 ………………………………………………………103
4.4.1 资产管理壳………………………………………………………………..104
4.4.2 数字孪生体定义语言……………………………………………………108
4.5 探索数字孪生体的数字平台……………………………………..113
4.5.1 物联网平台………………………………………………………………..113
4.5.2 业务流程管理平台 ………………………………………………………115
4.5.3 分析和数据平台………………………………………………………….116
4.5.4 应用平台…………………………………………………………………..116
4.6 小结………………………………………………………………….117
第 5 章 设置数字孪生体原型……………………………….. 119
5.1 确定数字孪生体平台………………………………………………119
5.1.1 资产所有者的视角 ………………………………………………………120
5.1.2 所需的物联网功能 ………………………………………………………121
5.1.3 构建与购买功能………………………………………………………….123
5.2 为数字孪生体评估公共云、物联网和专业平台……………….124
5.2.1 微软 Azure Digital Twins………………………………………..125
5.2.2 AWS 物联网平台 ……………………………………………………….126
5.2.3 甲骨文公司的物联网应用……………………………………………..129
5.2.4 PTC ThingWorx ……………………………………………………….131
5.2.5 XMPro …………………………………………………………………….132
5.3 配置和设置 …………………………………………………………134
5.4 Azure 数字孪生体的数据考量 ………………………………….146
5.5 解决方案架构 ………………………………………………………148
5.6 小结………………………………………………………………….149
5.7 思考题……………………………………………………………….149
第 6 章 构建数字孪生体原型……………………………….. 151
6.1 技术要求…………………………………………………………….152
6.2 数字孪生体的开发过程 …………………………………………..152
6.2.1 作为数字孪生体原型的风力涡轮机…………………………………152
6.2.2 风力涡轮机的基础知识和高级数据模型 …………………………..153
6.2.3 使用本体定义数字孪生体模型……………………………………….156
6.2.4 将模型上传到 Azure Digital Twins 实例…………………….165
6.2.5 为风电场和风力涡轮机配置数字孪生体实例 …………………….166
6.3 测试框架…………………………………………………………….171
6.3.1 创建应用程序以通过代码更新数字孪生体原型………………….171
6.3.2 以低代码方式创建应用程序并更新数字孪生体原型……………176
6.4 技术评估注意事项…………………………………………………180
6.5 业务验证和理解……………………………………………………182
6.6 小结………………………………………………………………….185
6.7 思考题……………………………………………………………….185
第 7 章 部署和价值跟踪…………………………………….. 187
7.1 数字孪生体的功能测试 …………………………………………..188
7.1.1 测试数字孪生体基础设施……………………………………………..188
7.1.2 测试数字孪生体应用程序……………………………………………..191
7.2 试点运行…………………………………………………………….195
7.2.1 试点实施范围 …………………………………………………………….197
7.2.2 试点阶段的成功标准……………………………………………………199
7.2.3 试点解决方案的时间表和阶段……………………………………….200
7.2.4 展示试点结果 …………………………………………………………….201
7.3 全面部署…………………………………………………………….207
7.3.1 全面实现方法 …………………………………………………………….208
7.3.2 大爆炸方法………………………………………………………………..208
第三篇
增强数字孪生体
第 8 章 强化数字孪生体…………………………………….. 221
8.1 定义孪生体的孪生体………………………………………………222
8.1.1 标准的作用………………………………………………………………..224
8.1.2 设定发展愿景 …………………………………………………………….226
8.2 评估整个系统中的第一个数字孪生体 ………………………….226
8.2.1 分阶段方法的理由 ………………………………………………………228
8.2.2 收益量化 …………………………………………………………………..229
8.3 识别相关的数字孪生体 …………………………………………..231
8.4 规划复合孪生体……………………………………………………233
8.4.1 水电数字孪生体………………………………………………………….235
8.4.2 太阳能发电厂的数字孪生体 ………………………………………….237
8.4.3 太阳能光伏和风力涡轮机混合发电厂………………………………241
8.4.4 可再生能源发电的创新 ………………………………………………..242
8.5 增强功能和后续步骤………………………………………………244
8.5.1 企业级数字孪生体解决方案推广所涉及的主要系统……………244
8.5.2 数字孪生体卓越中心……………………………………………………246
8.6 小结………………………………………………………………….247
8.7 思考题……………………………………………………………….247
附录 ………………………………………………………………. 249
联实数字公司首席执行官威廉的数字孪生体主题专访记录 …………….249
通用电气可再生能源公司的数字服务首席技术官安瓦尔·艾哈迈德的数字
孪生体主题专访记录………………………………………………………………252
