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党的二十大报告指出：“建设现代化产业体系。坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。”这为我国制造业的发展指明了方向。智能制造是实现制造强国的必经之路，生产过程的智能化已成为世界各工业强国的关注重点。作为改变未来世界的热门技术之一，数字孪生技术在智能制造领域占有重要地位，并正从概念走向实际应用，为推动企业数字化转型提供强大动力。
数字孪生技术充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率仿真等技术，通过虚实交互、数据融合分析、决策迭代优化等，对物理系统与过程进行仿真、预测和优化，实现虚拟空间与物理空间的深度交互与融合。数字孪生技术在智能制造、航空航天、智慧城市等领域的研究和应用发展迅速，在产品的设计、制造、故障诊断、服务等方面发挥着巨大作用。
本书作者对工业4.0、智能制造的系统架构和关键技术等有着长期深入的研究，且具有丰富的工业数字孪生项目经验。本书系统地分析和总结了数字孪生的概念和内涵，梳理了数字孪生建模等关键技术，研究了数字孪生在设备故障诊断、工艺参数优化、车间动态调度和交互维修指导等方面的应用，给出了具体的实践案例，旨在为推动数字孪生技术产业化发展提供参考。
全书由三部分构成，共11章。本着“理论与应用、前瞻性与可行性”相结合的原则，本书内容分为生产现场的数字孪生方法、技术和应用。
第一部分包含第1～3章，主要介绍了数字孪生理论、模型和车间。第1章探讨了数字孪生的起源、概念及内涵，对比分析了不同学者、研究机构和企业对数字孪生的理解，总结了数字孪生的应用价值和适用准则；第2章概述了数字孪生的多种模型，详细阐述了数字孪生模型在设计、制造、服务等全生命周期中各个阶段的实现框架；第3章总结了制造车间的发展历程，引入数字孪生车间理论，完整阐述了数字孪生车间的概念、系统组成、演化机理、运行机制和特征。
第二部分包含第4～6章，主要阐述了多种数字孪生技术。第4章介绍了生产现场数据的来源及分类，分析了数字孪生车间的数据采集、传输、存储、预处理及多源数据融合技术；第5章介绍了多尺度、多领域数字孪生建模及智能交互技术，并在此基础上阐述了数字孪生模型可信评估技术；第6章介绍了数据分析与智能决策相关技术，主要涉及生产过程的数据建模技术、工业大数据分析和智能决策技术。
第三部分包含第7～11章，重点介绍了数字孪生技术在不同领域的应用框架与实践案例。第7章介绍了数字孪生技术应用的十大主流领域，包括电力系统领域、航空领域、航天领域、航运领域、汽车制造领域等，并选取国内外企业的数字孪生案例，说明数字孪生作为关键技术在各个领域的应用成效；第8～11章分别阐述了数字孪生在装配车间工艺参数优化、车间动态调度、车间设备故障诊断、车间机械臂交互维修指导这四个问题中应用的基本框架、具体流程、原型系统与应用效果。
数字孪生是处于蓬勃发展中的前沿交叉技术，许多概念、理论和技术尚待探讨，加之作者水平有限，本书许多内容还有待进一步完善和研究，对于书中的疏漏和不足之处，恳请各位读者批评指正。
刘丽兰
2023年5月