数字孪生及其应用 [Twin-Control: A Digital Twin Approach to Improve Machine Tools Lifecycle]

为期3年的“欧洲未来研究与创新框架”资助的“孪生控制”项目，重点研究基于数字孪生技术的机床总体性能的提升方法，该项目研究成果在航空和汽车两大典型工业领域的初步尝试中取得了显著的效果。《数字孪生及其应用》以该项目为基础编纂而成，内容涵盖数字孪生的基本概念、理论及技术，多以实例阐述数字孪生涉及的具体工作流程或实现方法。
　　《数字孪生及其应用》内容详略得当，图文并茂，可供对数字孪生感兴趣的科研技术人员或学者参考使用。

数字孪生技术通过将大数据、云技术、人工智能、物联网相融合，打破传统的研发、生产及使用界限，将设计、制造与服务的理念贯穿于产品整个周期，大大加快产品迭代周期、降低使用成本、提高服务水平等，是智能制造的基础，且日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容，是新常态下打造新的国际竞争优势的必然选择。
　　《中国制造2025》明确提出：“坚持把创新摆在制造业发展全局的核心位置，促进制造业数字化、网络化、智能化，走创新驱动的发展道路。”
　　航天、船舶等国防工业代表性行业，特点是体量大、设计加工周期长、产量少、定制特征明显及单价高等，创新需求非常强烈，单纯地依靠母型优化、用户反馈等研发设计方法远不能满足当前要求。因此，迫切需要发展智能化技术以满足装备类型多样化、任务专业化、操作智能化的发展需求。
　　机床是工业的基础，其性能决定了其他一切工业产品的性能，2018年结束的为期3年的“欧洲未来研究与创新框架”资助的“孪生控制”项目重点研究基于数字孪生技术的机床总体性能的提升方法，该项目研究成果在航空和汽车两大典型工业领域的初步尝试中取得了显著效果。本书以该项目为基础编纂而成，2019年由施普林格（Springer）出版社出版，无论是概念、理论还是方法与技术，均处于世界前沿，且多数属于行业首次，体现了先进性和稀缺性。
　　只有努力实现关键核心技术自主可控，把国家安全和发展的命脉牢牢掌握在自己手里，才能从根本上保障国家和国防安全。通过消化吸收国外相关最新具有代表性的技术著作，可大幅推动国内智能制造关键技术的进步及国防科技工业的发展，加速国防科技的创新。相信该书的翻译与出版，将对于推动包括军工和民企在内的国内智能制造、“工业4.0”以及国防科技创新等发挥重要作用。

第一部分 绪论
第1章 机床：从数字孪生到网络物理系统
1．1 引言
1．2 机床数字孪生
1．2．1 虚拟机
1．2．2 虚拟机床
1．2．3 生命周期特征
1．3 监控和数据管理
1．3．1 本地监控和数据管理
1．3．2 网络
1．3．3 数据分析
1．4 机床中的网络物理系统
1．5 总结
参考文献
第2章 孪生控制方法
2．1 引言
2．2 孪生控制的架构
2．2．1 集成仿真工具
2．2．2 本地监测和控制系统
2．2．3 编队级知识系统
2．3 孪生控制的验证和评估
2．4 总结
参考文献

第二部分 机床和加工过程的虚拟表示
第3章 机床的虚拟化
3．1 引言
3．2 虚拟机床的概念
3．2．1 结构模型
3．2．2 驱动系统
3．2．3 主轴模型
3．2．4 建模过程
3．2．5 控制
3．3 VMT的验证
3．3．1 锤击试验（COMAU机器）
3．3．2 快速1轴运动（COMAU机器）
3．4 总结
参考文献
第4章 加工过程的建模
4．1 引言
4．2 离散切削力模型
4．2．1 简单介绍
4．2．2 离散力模型
4．2．3 刀具切削力
4．2．4 部件切削力
4．2．5 切割试验
4．2．6 切削力模型总结
4．3 稳定性路线图
4．3．1 动态力模型
……
第三部分 机床和加工过程的真实表示
第四部分 孪生控制的集成
第五部分 从理论到实践
总结和展望