数实共生：工业化数字孪生实战

本书介绍了数字孪生的概念和应用，并提供了一个框架，帮助企业制定数字孪生战略以促进业务成果。读者可以学习到数字孪生体与实物资产、流程和技术之间的关系，并了解数字孪生体的正确平台、规模和用例的先决条件。 本书还介绍了如何使用Microsoft AzureDigital Twins平台进行数字孪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孪生体进行测试和验证。

[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。

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