数字孪生技术课程大纲.docx

陕西理工大学本科生课程教学大纲

课程名称

数字孪生技术

英文名称

Digitaltwintechnology

课程代码

（宋体小四号字填写）

授课单位

机械工程学院

课程学分

2

课程学时

32

主讲教师

任志贵

教学团队

任志贵、张政武

授课对象

□学术学位

?专业学位

课程类别

?学位课程

□非学位课程

授课方式

□面授

?混合

□线上

课程特点

□全英文课程

□双语课程

□校企课程

?其他课程

考核方式

□考试

?考查

开课学期

?第一学期

□第二学期

□第三学期

成绩评定

（1）成绩形式：百分制；

（2）成绩组成：考勤、平时成绩、期末成绩；

（3）考核标准及要求：撰写课程报告，要求独立思考，撰写符合规范。

课程简介

数字孪生技术是一种将物理实体的全部生命周期以数字化形式进行精确映射和管理的创新技术，广泛应用于智能制造、航空航天、医疗健康等领域。本课程专为机械工程专业学生设计，旨在深入探讨数字孪生技术的基本原理、核心工具及其在机械工程中的应用。

课程内容涵盖数字孪生的概念、模型构建、数据采集与处理、虚实交互及其在机械制造、智能产线、无人机系统和工程机械设计中的实际案例。通过本课程的学习，学生将掌握数字孪生系统的构建方法和操作技能，了解如何通过数字孪生技术实现对机械设备的实时监测、故障预测和优化管理，提升设备的运行效率和安全性。课程将通过理论讲授与实践操作相结合的方式，配合丰富的案例分析，帮助学生将所学知识应用于实际工程问题中，培养解决复杂工程问题的能力。本课程不仅有助于学生理解和掌握先进的数字化制造技术，还为其在未来的工程设计与开发中打下坚实的基础。通过系统的学习，学生将具备在智能制造领域进行创新和实践的能力，成为具备前瞻性和创新思维的机械工程专业人才。

课程重点及难点

课程重点：

（1）理解基本概念和原理：掌握数字孪生技术的基本定义、内涵和工作原理，了解其在各个行业中的广泛应用。

（2）数据采集与传感技术：学习如何利用各种传感器进行数据采集，了解传感器的工作原理及其在数字孪生系统中的应用。

（3）虚拟模型的创建：掌握使用建模技术创建与物理实体对应的高精度虚拟模型的方法，理解模型的构建过程和相关工具。

（4）数据处理与分析：学习大数据和人工智能技术，掌握从海量数据中提取有价值信息的技能，并应用于虚拟模型的优化和控制。

（5）实际应用案例分析：通过分析数字孪生在机械制造、智能产线、无人机系统和工程机械设计中的具体应用案例，理解如何在实际工程中应用这些技术。

（6）数字孪生工具和平台：介绍常用的数字孪生工具和平台，学习这些工具的使用方法，增强学生的实际操作能力。

（7）虚实结合与优化：学习如何实现虚拟模型与物理实体的实时同步，理解虚实结合的优化过程和方法，提升生产效率和设备可靠性。

课程难点：

（1）跨学科知识融合：数字孪生技术涉及机械工程、计算机科学、数据科学和人工智能等多个学科，学生需要具备跨学科的知识储备和学习能力。

（2）数据采集与处理技术：有效的高效数据采集与处理是一个技术难点，学生需要掌握传感器的工作原理和海量数据的存储、处理及分析方法。

（3）复杂的建模与仿真：构建高精度的虚拟模型需要深厚的工程背景知识和强大的计算能力，学生需要学习复杂的数学模型和仿真技术。

（4）虚实交互实现：实现虚拟模型与物理实体的实时同步要求学生具备良好的编程技能和对实时系统的理解，这一过程具有一定的技术难度。

（5）系统集成与维护：数字孪生系统的搭建和维护涉及多种软硬件的集成，学生需要具备较强的系统集成能力和解决实际问题的能力。

（6）数据安全与隐私保护：在确保数据安全的前提下进行数据共享和分析是一个重要挑战，学生需要了解相关的安全措施和隐私保护技术。

（7）实际应用中的复杂性：在实际应用中，数字孪生技术涉及复杂的工程环境和多变的实际情况，学生需要具备灵活应对和解决实际问题的能力。

课程目标

对应学生能力要求

及对标的培养目标

本课程旨在培养高端制造业与新兴制造业领域所需的高级复合型工程技术人才和工程管理人才。

课程目标1——政治素质和社会责任感：学生需要理解数字孪生技术在环境保护、资源节约和可持续发展方面的应用和贡献。通过学习，学生应认识到数字孪生技术在优化资源配置、减少能源消耗和降低环境污染方面的潜力。学生应具备利用数字孪生技术推动绿色制造、循环经济和可持续发展的能力，能够在实际工程项目中应用这些技术，实现社会效益和经济效益的双赢。培养学生具备将数字孪生技术应用于社会可持续发展的责任感和使命感。

课程目标2——科学研究与技术开发能力：学生应掌握科学研究的基本方法和技能，能够独立开展数字孪生技术相关的研究工作。通过课程学习，学生需要培养批判性思维和创新思维，能够提出有价值的研究问题，