前言

數字孿生以其強大的技術優勢有效地推動著醫療、汽車、建筑等行業的發展。盡管數字孿生已經在眾多行業中得到了應用，但它對各行業的潛在價值尚未得到充分挖掘。因此，深入理解數字孿生技術，有助于推動它在不同行業的應用，進而促進行業發展。當數字孿生技術被恰當地運用于制藥、汽車等關鍵行業時，它不僅能帶來顯著的經濟效益，還能引發行業變革。因此，本書旨在成為人們深入學習數字孿生技術的有用資源。簡而言之，本書通過探討數字孿生在各行業的應用來闡釋其核心內容和運行機制。以下是每章內容的簡要描述。

第1章：近年來，數字孿生逐漸成為公眾關注的熱點。盡管這項強大的技術近幾年才開始引起廣泛關注，但其起源可追溯至20世紀60年代。數字孿生為各行業創造了新的可能性，其成效已在多個行業得到了驗證。本章介紹了數字孿生的基本知識，包括數字孿生的基本定義、相關術語，并回顧了數字孿生的發展歷程，最后介紹了三個應用案例。

第2章：目前，計算機技術的應用已滲透到社會的方方面面。在眾多現有計算機技術以及將要誕生的新技術中，數字孿生正在迅速崛起，備受矚目。本章深入探討了數字孿生的構成要素、工作原理、類型、特征、特性，以及價值等。

第3章：數字孿生能夠實時模擬物理對象的狀態和行為。本章聚焦數字孿生的解決方案架構，以及如何設計數字孿生來實現常規應用。本章首先從物理對象如何通過物聯網（Internet of Things，IoT）與數字孿生連接開始，展示了數字孿生解決方案架構的分層視圖，接著從數據存儲、信息傳遞、應用程序接口（Application Programming Interface，API）、用戶體驗和網絡安全等多個視角進行闡述。對于數字孿生解決方案架構中的一些關鍵概念，則通過離散制造領域的示例加以說明。

第4章：當下，數字技術的作用在商業、醫療、教育、航空航天、建筑、汽車等多個領域日益突出。本章首先討論了數字孿生的技術優勢與挑戰，然后介紹了各行業關于數字孿生的一些研究成果，并概述了數字孿生在各行業的應用。

第5章：醫療行業是關系國計民生的重要領域，數字孿生技術已在該行業展現出廣泛的應用潛力。本章對醫療行業進行了概述，結合文獻調查法說明了數字孿生在醫療行業中的各種應用場景，探討了數字孿生在醫療行業中的作用、挑戰，并對數字孿生在醫療行業的未來發展進行了展望，同時簡要討論和介紹了現實生活中數字孿生在醫療行業中的應用實例。

第6章：建筑行業是一個廣義的領域，涵蓋了建筑物的建造、維護、翻新以及基礎設施建設等。本章討論了數字孿生技術在建筑行業中的應用場景，并從多個視角闡述了數字孿生技術是如何作為一項顛覆性技術來改變建筑行業的。

第7章：數字孿生正在迅速地融入眾多應用場景之中，并快速發展。它的基本目標是簡化流程，提升效率，并帶來盡可能多的優勢等。本章討論了數字孿生在智慧城市中的應用，展示了數字孿生如何以多種方式助力智慧城市的發展，并討論了這些方式的優勢。

第8章：在工業4.0背景下，數字孿生作為一種科學方法，為物理對象、系統及其數字化映射提供了較大的優越性和靈活性。本章嘗試解釋了數字孿生在結構健康監測系統（Structural Health Monitoring System，SHMS）中的適用性，討論了數字孿生方法在結構健康監測系統中的相關應用，為基礎設施（如大壩、橋梁等）的損傷識別及其健康監測提供了有用的預測方法。

第9章：數字孿生為運營決策提供了高水平的仿真技術，這得到了仿真和自動化專家的青睞。然而，要發揮數字孿生的全部潛力，那么就應關注與評估諸如其可用性、可維護性、可持續性、有效性等關鍵問題。本章通過文獻調查法討論了數字孿生技術在石油和天然氣行業中的作用、應用場景與優勢。

第10章：制藥行業是與醫療行業最緊密相關的行業之一，數字孿生技術在制藥行業也得到了廣泛應用。本章以實例闡述了數字孿生在制藥行業中的作用與應用場景，還討論了數字孿生在制藥行業中的應用優勢。

第11章：數字孿生廣泛用于組織產品開發和制造過程中。本章討論并分析了數字孿生在產品開發和制造過程中的應用及其意義。由于數字孿生技術是物理產品或過程的數字化呈現，它簡化了產品開發和制造的決策流程，使其能夠在充滿競爭的組織環境中降低成本和實現產品效益最大化。作為一種數字化呈現，數字孿生能夠提供關于產品生產過程中的全面信息，從而使企業獲得重要的洞見，做出最佳決策。

第12章：在這個快速變化的世界中，技術的創新和應用對各行業的發展至關重要。數字孿生作為一種能夠滿足不同行業要求的先進技術，正在為各行業帶來變革。本章闡述了數字孿生在其他眾多行業（除第5～11章介紹的幾個重點行業之外）中的應用潛力。

第13章：本章闡述了數字孿生作為一項戰略性技術及其重要意義，另外還探討了數字孿生與智能制造、元宇宙和數字線程的關系，最后討論了數字孿生的未來挑戰。

Manisha Vohra