经过数十年的发展，建模和模拟已成为工程和科学的基石。人们针对改进建模的计算方法进行了大量的研究和开发工作。这些计算机模型对系统设计非常有用，可以削减实验和测试的高昂成本。然而在实操中，还需要跟踪系统随时间的演变情况，以便进行诊断、预报和寿命管理。系统的退化模型与系统传感器的数据结合可支持构建对物理系统进行实时跟踪的数字孪生系统。数字孪生系统是物理孪生系统位于云计算中的自适应计算机模型。

本书采用弹簧-质量-阻尼系统的物理孪生模型介绍数字孪生，这是一种大多数工程师和科学家都能上手的物理系统数学模型。学习数字孪生技术要求理解机械/航空航天工程、电气和通信工程，以及计算机科学领域的知识。本书介绍了这些建模和计算方法的背景。作者力求以大学机械/航空航天工程专业三年级学生和计算机科学/电气工程专业三年级学生都能读懂的方式介绍这些材料。这种写作方法确保本书适合大多数工程师和科学家，以及具有相关技术背景的专业人员和管理人员。

本书首先介绍实现数字孪生所需的计算和工程背景，其中包括传感器、执行器、物联网、云计算、估算算法、高性能计算、无线通信和区块链等助推数字孪生实现成为可能的概念；接着借用大量文献中的案例研究阐释这些概念；在多个章节提供了有关动态系统建模、电气类比、概率和统计、不确定性建模与量化，以及系统可靠性和鲁棒性的资料；通过一个动态系统的案例研究说明数字孪生的概念；然后回顾了代理模型，并使用高斯过程方法开发了基于代理模型的数字孪生系统。

本书可以帮助高年级本科生、研究生、科研人员和行业专业人士探索性理解数字孪生的概念。对于希望为数字孪生领域的发展做出贡献的工程和科学研究人员来说，本书也十分有用。