在当今智能化时代，数字仿真作为一项前沿性技术正迅速崛起，为整个工业带来了更多可能性和发展机遇。三一集团是工业先驱，有义务也有责任以身作则。于是，三一集团积极探索数字仿真之道，致力于将其应用到产品研发、设计、创新、改进等诸多环节中。 本书以三一集团的数字仿真战略为核心，先介绍了数字仿真的理论知识、发展现状、全球格局等内容，同时总结了三一集团在数字仿真上所做的努力。然后，本书又深入讲述了三一集团的数字仿真体系，包括流程体系、人才体系、方法体系；数字仿真技术，包括结构仿真、振动与噪声仿真、多体动力学仿真、流体仿真、系统仿真、电磁仿真；数字仿真创新方案，包括仿真数智化和数字孪生，可谓是干货满满。 之所以创作本书，除了总结和分析三一集团的数字仿真之道以外，也是希望其他工业企业可以受到启发，尽快制定出适合自己的数字仿真战略，为工业转型贡献一份力量。

郄永军 三一集团副总经理、数字孪生研究院院长，仿真与数字孪生委员会主任，研究员，清华大学创新领军工程博士，美国匹兹堡大学访问学者，清华大学与北京航空航天大学兼职讲师，中企联智慧企业推进委员会副秘书长，中国工业合作协会副理事长兼仿真技术产业分会副会长，中国数字仿真论坛副主席，全国两化融合标委会制造业数字化仿真管理标准工作组成员，原航空工业信息化专家组和系统工程专家组成员，航空工业 CAD/CAE/PLM（计算机辅助设计 / 计算机辅助工程 / 产品生命周期管理）一级技术专家，先后任职于航空工业信息技术中心和阿里巴巴集团，拥有国际系统工程协会（INCOSE）系统工程师认证和 The Open Group TOGAF 企业架构师认证。在基于模型的系统工程（MBSE）、数字设计、数字仿真、数字孪生等先进数字技术领域拥有丰富的咨询、培训与工程实践经验，担任过工信部、科技部、中央军委装备发展部多个科研项目负责人，作为主创人之一的“大型航空企业基于数字系统工程的正向创新型研发体系建设”项目荣获第二十五届全国企业管理现代化创新成果一等奖，在基于模型的系统工程、数字仿真与数字孪生领域发表论文 20 余篇，参与编制了《制造业数字化仿真 分类》《数字孪生模型评估规范》等 10 余个国际、国家和团体标准，荣获航空工业信息化突出贡献者奖、航空工业科学技术奖、2024 数字仿真科技奖“杰出贡献奖”、三一集团“三一人物”奖等奖项。

识局篇 工业转型战略选择 / 001
第1章
数字仿真：现代工业企业升级之道 / 002
1.1 时代变革：走近数字仿真 / 003
1.1.1 数字仿真究竟是什么 / 003
1.1.2 数字仿真有哪些特点 / 004
1.2 发展格局：数字仿真不断进阶 / 006
1.2.1 仿真技术发展历史 / 007
1.2.2 新时代的数字仿真内涵 / 008
1.3 应用场景：数字仿真价值展现 / 013
1.3.1 产品设计：优化产品性能，提升产品竞争力 / 013
1.3.2 物理试验：缩短试验周期，降低试验成本 / 018
1.3.3 售后服务：洞察故障机理，提升客户满意度 / 021
1.4 价值升级：数字仿真与产品创新 / 024
1.4.1 加快产品创新速度 / 024
1.4.2 降低产品创新成本 / 025
1.5 三一集团：争做行业数字仿真引领者 / 028
1.5.1 体系战略：自主打造数字仿真体系 / 028
1.5.2 技术战略：将仿真技术价值发挥到极致 / 036
1.5.3 数智战略：提升仿真自动化与智能化水平 / 039
技术篇 数字仿真技术落地 / 043
第2章
结构仿真：提高结构可靠性，延长寿命 / 044
2.1 结构仿真概述 / 045
2.1.1 结构仿真关键技术 / 045
2.1.2 结构仿真典型应用场景 / 048
2.2 结构可靠性仿真典型案例 / 049
2.2.1 挖掘机：工作装置更加经久耐用 / 049
2.2.2 装载机：车架更加安全可靠 / 052
2.2.3 机械式压裂泵：疲劳寿命仿得更准 / 054
2.2.4 风力发电机：叶片疲劳试验周期更短、成本更低 / 056
2.2.5 自卸车：电池框寿命更长 / 059
2.3 结构轻量化仿真典型案例 / 061
2.3.1 起重机：配重块不“重”很关键 / 062
2.3.2 消防车：臂架全姿态减重增效 / 064

第3章
振动与噪声仿真：舒适度大提升 / 067
3.1 振动仿真概述 / 068
3.1.1 振动仿真关键技术 / 068
3.1.2 振动仿真典型应用场景 / 069
3.2 噪声仿真概述 / 070
3.2.1 噪声仿真关键技术 / 070
3.2.2 噪声仿真应用场景 / 071
3.3 振动与噪声仿真典型案例 / 072
3.3.1 电动堆高机：更好的操作舒适体验 / 072
3.3.2 电动港口牵引车：更好的驾乘舒适性 / 075
3.3.3 电动自卸车：让驾驶更平顺 / 078
3.3.4 挖掘机：出色的产品降噪性能 / 080
3.3.5 柱塞泵：运行更安静 / 083
第4章
多体动力学仿真：解析运动特性 / 086
4.1 多体动力学仿真概述 / 087
4.1.1 多体动力学仿真关键技术 / 087
4.1.2 多体动力学仿真典型应用场景 / 089
4.2 多体动力学仿真典型案例 / 090
4.2.1 混凝土泵车：臂架走得稳、打得准 / 090
4.2.2 牵引车：更精准的载荷数据 / 092
4.2.3 自卸车：卓越的驾驶操控 / 094
4.2.4 正面吊：更好的防倾翻性能 / 097
第五章
流体仿真：将复杂流体运动具象化 / 100
5.1 流体仿真概述 / 101
5.1.1 流体仿真关键技术 / 101
5.1.2 流体仿真典型应用场景 / 103
5.2 流场仿真典型案例 / 103
5.2.1 氢燃料牵引车：更好的散热性能 / 104
5.3 温度场仿真典型案例 / 106
5.3.1 驾驶室：把冬日严寒挡在车外 / 106
5.3.2 驾驶室：不惧酷热挑战 / 109
5.3.3 驾驶室：除霜又除雾，视野更清晰 / 111
5.3.4 自卸车：有温度的货箱底板 / 113
5.3.5 光伏装备：温度均匀的真空镀膜设备 / 115
5.4 多相流仿真典型案例 / 117
5.4.1 粉体搅拌机：搅拌既快又均匀 / 117
5.4.2 氢燃料电池：高效的分水性能 / 119
5.5 离散元仿真典型案例 / 122
5.5.1 挖掘机：铲斗装载物料模拟更逼真 / 122
5.5.2 光伏装备：加料器硅料输送更稳定 / 124
5.6 多物理场耦合仿真典型案例 / 127
5.6.1 氢能装备：节能与降本两者兼得 / 127
第6章
系统仿真：让系统 / 零部件匹配更好，性能更优 / 130
6.1 系统仿真概述 / 131
6.1.1 系统仿真关键技术 / 131
6.1.2 系统仿真典型应用场景 / 133
6.2 机电液控联合仿真典型案例 / 134
6.2.1 电动装载机：效率更高、能耗更低 / 134
6.2.2 破拆消防车：臂架系统作业更平顺 / 136
6.3 动力经济性仿真典型案例 / 139
6.3.1 氢燃料牵引车：更低的氢耗、更长的续航 / 139
6.3.2 汽车起重机：更低的作业能耗、更出色的机动性能 / 142
6.4 能量管理仿真典型案例 / 144
6.4.1 电动自卸车：电池 / 电机系统匹配更好、运行更安全 / 145
6.4.2 电动装载机：集成式热管理系统极致的性能开发 / 147
6.5 数字样机：提升研发效率、缩短研发周期的利器 / 150
6.5.1 什么是数字样机 / 151
6.5.2 超大型挖掘机：整机级性能样机带来的美好体验 / 152XIX
第7章
电磁兼容仿真：减少干扰，让系统更安全可靠 / 156
7.1 电磁兼容仿真概述 / 157
7.1.1 电磁兼容仿真技术分类 / 157
7.1.2 电磁兼容仿真典型应用场景 / 158
7.2 电磁兼容仿真典型案例 / 159
7.2.1 牵引车：“大脑”更加安全可靠 / 159
7.2.2 牵引车：整车天线布局更合理 / 161
创新篇 数字仿真创新战略 / 163
第8章
仿真数智化：引领数字仿真发展趋势 / 164
8.1 仿真自动化 / 165
8.1.1 仿真自动化的价值 / 165
8.1.2 路机：结构仿真自动化工具集 / 167
8.1.3 履带板：结构轻量化仿真自动化工具 / 169
8.1.4 装载机：三维热平衡仿真自动化工具 / 172
8.1.5 牵引车：动力经济性仿真自动化工具 / 174
8.2 仿真全量全要素在线 / 176
8.2.1 仿真在线的价值 / 176
8.2.2 三一仿真在线实践 / 177
8.3 仿真智能化是大势所趋 / 181
8.3.1 仿真智能化的内涵 / 181
8.3.2 仿真智能化的探索与实践 / 182
第9章
数字孪生：谱写数字仿真新篇章 / 185
9.1 数字孪生概述 / 186
9.1.1 数字孪生概念与内涵 / 186
9.1.2 数字孪生关键技术 / 187
9.2 数字孪生典型案例 / 189
9.2.1 抓料机：基于数字孪生的产品能耗优化 / 189
9.2.2 混凝土搅拌站：基于数字孪生的智慧园区 / 191
9.2.3 光伏装备：基于数字孪生的组件智能工厂 / 193
9.2.4 综采设备：基于数字孪生的综采智能作业 / 195
9.2.5 正面吊：基于 AR/VR 的虚拟培训 / 197
9.3 工业数字孪生向工业元宇宙演进 / 198
9.3.1 工业元宇宙概念与内涵 / 199
9.3.2 工业元宇宙带来的变革 / 200
彩 插 / 203