数字孪生在制造业中的关键技术及应用研究综述

数字孪生以数字化的形式在产品的生产制造中实现了全过程的动态仿真,覆盖了产品的全生命周期和全产业链,对推动未来智能制造的发展有着重要的意义。基于数字孪生技术在制造业中的应用,梳理了数字孪生的理念,探讨了数字孪生在制造业中的关键技术。对数字孪生在制造领域中的数据优化、质量分析、寿命预测、流程工业、离散工业和数字工厂几个方面的应用进行了综述,并对数字孪生在制造领域中的发展趋势提出预测及展望,可为推动数字孪生技术在未来制造业中的研究和应用提供一定的参考。     

数字孪生五维模型及十大领域应用

数字孪生(Digital Twin)作为践行智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术与手段,近期备受学术界和企业界关注,尤其是数字孪生的落地应用更是关注热点。模型是数字孪生的基础与核心,而传统数字孪生三维模型已无法满足现阶段技术发展与应用需求。在此背景下,为推动数字孪生技术在相关领域和行业的进一步应用,在数字孪生车间研究过程中,提出了数字孪生五维模型的概念,以适应新需求。基于前期相关研究,在进一步阐述数字孪生五维模型后,结合相关合作企业实际应用需求,重点探讨了数字孪生五维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市10个领域的应用思路与方案,以期为相关领域践行数字孪生理念与技术提供参考。     

智能制造中的数字孪生技术

数字孪生是从数字化技术发展演变而来,成为智能制造中热点话题,但目前还存在对数字孪生模糊甚至不同的看法。文章对比分析了人类的意识空间和计算机组成的虚拟空间在制造领域相互关系,从产品的全生命周期来研究数字化对制造业带来的技术变革,探讨数字孪生技术在智能制造中的地位和作用,并展望了数字孪生技术的发展。     

面向智能制造全价值链的精益数字孪生体

数字孪生作为一种关注实现物理世界和信息世界交互融合的新技术,成为国内外智能制造领域研究的热点.尽管随着研究的深入,数字孪生应用技术框架和理论体系逐渐成型,但是现有文献还缺乏对数字孪生应用全过程管理的相关研究.文中通过研究精益管理和数字孪生在智能制造领域中的关系,系统论证了精益管理和数字孪生结合的可行性,并提出了"精益数...     

智能制造领域的数字孪生技术研究可视化知识图谱分析

近年来智能制造已成为制造业未来发展的重要方向,作为践行智能制造理念与目标的数字孪生技术,为解决智能制造过程中的信息物理融合难题提供了有效手段,受到世界各国的广泛关注。为全面解析数字孪生技术在智能制造领域的研究动态和发展趋势,检索Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)数据库的数据源,采用Citespace5.7软件梳理了2011～2021年发表的国内外相关文献,绘制出科学知识图谱,并从文献特征、科研合作、研究热点及前沿分析等不同维度进行定性与定量分析。最后从技术层面和应用层面两个角度预测数字孪生技术在智能制造领域的发展趋势。     

数字孪生技术综述与展望

随着复杂系统诊断、预测和系统健康管理技术的不断发展,在新兴的工业信息系统和工业智能的推动下,数字孪生技术成为智能制造领域和复杂系统智能运行和维护领域的新兴研究热点。鉴于此,针对数字孪生技术在复杂工业系统和复杂装备领域的基本概念、应用前景、技术内涵以及发展趋势、已有初步研究规划和阶段性成果等进行梳理,归纳面向复杂工业系统和复杂装备的智能运行和维护领域的数字孪生技术体系、关键技术、发展趋势和技术挑战等,分析数字孪生与其支撑的工业大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等的相互支撑和相互促进的关系,预期能够给复杂系统诊断、预测和系统健康管理领域对数字孪生技术感兴趣研究人员提供一定的参考和借鉴。     

基于数字孪生的智能制造技术应用研究

随着“中国制造2025”的推进,智能制造技术遍布各行各业,如大数据、人工智能(Arti?cial Intelligence,AI)、云计算和虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术等,早已与人们的生活密不可分。同时,世界各国也从国际层面出发指出,需要对制造技术进行变革,核心目标之一是物理信息系统(Caber-Physical System,CPS),提出物理实体与虚拟模型集成建设新型工厂。西方的先进技术影响了大多数相关制造业,但仅仅处于理论研究阶段。因此,基于数字孪生及其在智能制造中的应用进行介绍,并对这项技术的应用领域如工业生产和数字孪生车间进行分析,归纳了数字孪生技术在其发展中存在的问题,并展望了其发展前景。     

基于文献计量的数字孪生研究进展分析

伴随物联网技术、云计算及机器学习等新一代信息技术的迅速发展,数字孪生技术已逐渐成为新的研究热点。基于文献计量法,对1994年以来全球486篇数字孪生相关论文的研究领域、国家与地区、论文发布期刊、关键词、研究作者及高被引论文等模块展开详细分析。结果表明,数字孪生作为一个新的研究课题,其技术挖掘性强,已在制造工程、计算机科学及电子工程等领域得到了广泛应用。在智能制造刚性需求的驱动下,数字孪生技术在未来具有非常好的理论研究和技术应用前景。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于文献计量的数字孪生研究进展分析

伴随物联网技术、云计算及机器学习等新一代信息技术的迅速发展，数字孪生技术已逐渐成为新的研究热点。基于文献计量法，对1994年以来全球486篇数字孪生相关论文的研究领域、国家与地区、论文发布期刊、关键词、研究作者及高被引论文等模块展开详细分析。结果表明，数字孪生作为一个新的研究课题，其技术挖掘性强，已在制造工程、计算机科学及电子工程等领域得到了广泛应用。在智能制造刚性需求的驱动下，数字孪生技术在未来具有非常好的理论研究和技术应用前景。     

数字孪生在制造中的应用进展综述

随着工业4.0、CPS、智能制造等研究的深入,如何解决制造中物理世界与信息世界之间的交互共融成为进一步推进制造业变革的核心问题。在此背景下,学术界和工业界提出了数字孪生的概念及技术体系,用于解决上述难题。为了全面了解数字孪生研究进展,首先梳理了数字孪生的基本概念,综述了其在航空航天、产品、制造设备及制造车间等阶段的应用进展,重点分析了数字孪生与物联网、大数据、CPS之间的联系与区别,最后指出了数字孪生在制造领域的发展趋势。     

数控机床数字孪生标准体系研究

数字孪生作为推动智能制造的关键使能技术，如何在机床领域落地应用成为备受关注的焦点。然而，数控机床数字孪生术语、架构、关键技术等相关标准的缺乏，严重阻碍了数字孪生技术在数控机床领域的推广应用。为解决上述问题，亟需制定数控机床数字孪生标准给予参考和指导。因此，首先分析了数控机床数字孪生标准的需求，在此基础上，结合数字孪生五维模型和前期对数字孪生技术的研究，构建了数控机床数字孪生标准体系框架，该标准体系主要包括通用、安全、测评等基础共性标准和数控机床配置、数字孪生建模、数据处理、连接交互、集成与服务等关键技术标准，并对数控机床数字孪生标准的应用与定位进行了分析讨论。期望相关工作能为数控机床标准及数字孪生标准研究与制定人员提供参考，同时为数字孪生技术在数控机床领域的落地应用提供指导。     

智能制造背景下的人才与能力需求分析

智能制造是各国科技与产业竞争的核心领域,要实现快速发展离不开专业人才,分析智能制造相关的关键技术和人才能力需求,有助于为产业建立更科学的人才培养体系。针对智能制造的各种应用场景,归纳和阐述了智能制造领域的主要关键技术：智能传感技术、人工智能技术、工业互联网技术、大数据技术、云计算技术、工业软件、智能机床与工业机器人技术、数字化车间和生产线、数字孪生技术和增材制造技术。分析近期专业招聘平台线上招聘信息和线下现场招聘会招聘的调研数据,基于招聘岗位数据的大幅上升,结合国内外针对智能制造人才发展的一系列文件出台解读,推断智能制造专业人才需求变化和人才短缺的情况。综合分析智能制造专业人才基础通用知识掌握程度要求高、学科知识的融合性高,角色因工作方式的转变而变化的特点,分别从知识掌握、持续学习与实践创新、社会协作三个层面分析了智能制造人才的能力需求,从而为智能制造背景下的人才培养提供思路和对策。     

基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术

数字孪生是实现物理信息深度融合的一个重要抓手,复杂产品设计和制造信息物理融合是其中最重要的环节,为最终智能制造的落地提供了有效途径。当前,针对数字孪生技术的研究与应用主要集中在车间运行和产品运维等方面,而将数字孪生技术应用于复杂产品设计与制造融合的研究较少。产品设计是智能制造的第一个环节,也是产生数字孪生体的第一个环节,研究基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发对实现后续的智能加工、装配和运维等具有重要影响。为此,分析了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发内涵,提出了基于数字孪生的复杂产品环形设计框架;基于所提出的框架,从需求分析、概念设计、个性化配置设计、虚拟样机、多学科融合设计和数据管理等方面,探索了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发中的关键技术;通过两个典型应用案例,展示了数字孪生关键技术在复杂产品设计制造一体化开发中的应用场景。     

专辑征稿

正随着数字技术的快速发展,移动互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术的广泛应用。为交流我国智能制造服务领域的最新研究成果,探讨智能制造服务的发展方向和趋势,促进我国智能制造服务的快速发展和落地应用,《中国机械工程》编辑部决定于2019年10月出版"数据驱动的智能制造服务"专辑(正刊)。现广泛征集数字孪生、工业大数据、智能制造服务相关理论、方法、技术和应用的论文,欢迎全国从     

数字孪生技术关键应用及方法研究

为构建信息物理网络系统(Cyber-Physical System,CPS),数据孪生技术作作为新的数字化关键技术已经应用到了与工业4.0相关的智能制造领域中。通过将物理实体或流程转化为准实时的数字化镜像,实现对生产全流程的模拟分析。首先,根据数据孪生理论的发展过程及目前的应用现状,明确了数字孪生技术应用的两个关键方向。其次,在对不同应用情景的研究下,创建数字孪生的方法以及所需的功能特性。并且,提出了在数据孪生技术驱动下,将传统的预测性维护方法由被动响应转型为主动服务的转变过程,为中国制造业由"生产型制造"向"服务型制造"转变提供支撑。     

基于数字孪生的柔性线状态监测与分析系统

随着智能制造的发展，数字孪生技术在制造业中的应用逐步深化，可以用于复杂设备的运行监测。为实现柔性生产线的三维可视化与加工过程监控，同时指导用户对生产过程进行管理和预测，设计开发了一种基于数字孪生的柔性生产线状态监测系统。该系统的基本架构包括数据保障层、建模计算层、数字孪生功能层、用户空间层，保障了系统的功能性、时效性、可操作性等。同时从几何模型、行为模型、数据模型三个维度构建了数字孪生系统模型，实现了动作特征虚实融合一致性和工艺数据与质量数据采集。以某柔性生产线为例进行实验测试与分析，系统可以与实际柔性生产线正常通讯并对数据做出响应，且延迟均值为131.1 ms，可见虚拟映射与现实状况保持高度一致，验证了该方法的可行性。     

基于数字孪生的航天器系统工程模型与实现

为践行智能制造、推进航天工业化与信息化深度融合,提出了基于数字孪生的航天器系统工程。分析了数字孪生技术的相关研究成果,从7个维度对航天器系统工程进行综合,建立了基于数字孪生的航天器系统工程整体模型和应用框架,并按照生命周期进展演化为设计、工艺、制造/装配、试验/测试与在轨运行5个典型阶段模型和应用框架。在技术实现层面,基于物联网、大数据、用于过程控制的对象连接与嵌入统一架构、系统建模语言、基于模型的定义、面向服务的架构等先进技术,构建了由物理空间、传输层、数据层、模型层、服务层和应用层构成的数字孪生系统架构。基于数字孪生的航天器系统工程能够有效实现航天器研制全生命周期信息世界与物理世界的双向动态实时交互共融与协同,从而推进航天工业智能制造的发展。     

基于数字孪生的多维多尺度智能制造空间及其建模方法

随着数字孪生、信息物理融合系统等新兴技术的发展,如何实现面向制造业应用的物理空间、信息空间与业务空间的多维融合已成为智能制造落地实施的关键。针对该问题,从逻辑关联的视角提出了多维多尺度智能制造空间的内涵与特征,并结合数字孪生技术的实现逻辑,研究了智能制造空间的虚实映射建模方法、复杂多维时空域下智能制造过程及数据建模方法。进一步,结合某叶轮的生产制造案例对所提出的建模方法进行了验证,证明了该建模方法的可行性和有效性,为实现智能制造空间多要素、多业务、多流程的实时同步仿真与虚实联动控制提供了支撑。     

数字孪生在制造业中的应用研究综述

数字孪生(digital twin)作为一种全新的信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)技术,一直备受各行各业关注。近年来,随着物联网、新型传感器和5G等新技术在传统制造业中的应用,数字孪生驱动的智能制造模式的落地应用进程也不断加快。首先回顾了数字孪生的产生背景和概念演化。在此基础上,总结了数字孪生在制造业多个领域中的应用现状。最后阐述了其在制造业的应用趋势。     

解耦数字孪生，赋能仪器仪表行业转型升级

当今世界,"工业4.0"已经成为高端制造业的风向标。而数字化技术所引导的智能制造则是最终能否实现新一轮工业革命的关键。其中,"数字孪生"技术被誉为未来有望改变制造业"游戏规则"的顶尖技术。新一代信息技术的迅猛发展推动社会正从信息技术(IT)时代进入数据技术(DT)时代。从数字孪生技术的问世,到数字孪生技术在制造业转型中的应用,数字孪生技术如何影响仪器仪表发展与对于仪器仪表企业发展的建议等角度进行探讨。