基于五轴加工中心智能生产线的数字孪生应用研究

智能制造是我国近年来大力倡导的重点发展方向之一。随着智能制造试点的不断建立、发展和完善,数字孪生技术逐步得到应用。基于此,以五轴加工中心智能生产线为例,对数字孪生技术的应用情况进行总结。基于数字孪生技术,按1∶1的比例构建五轴加工中心智能生产线上实体设备的数字模型并配置对应的物理属性,使得数字模型具有与实体设备相同的动作状态。然后,对数字模型进行信号点设置并与外部控制信号进行映射与连接,实现对建成前五轴加工中心智能生产线的虚拟调试,并通过不断迭代获得最优的建设方案。实践结果表明,利用数字孪生可实现智能生产线组合、调试和生产的虚拟仿真;基于数字孪生的虚拟仿真功能,可实现产品物理属性参数和设计精准度的可视化展示,使得产品在设计阶段就能通过适应性验证,实现快速更新;在智能生产线建成后,利用数字孪生可实现对生产线上实体设备的管理及其工作状态的实时监控,以更好地了解各设备的运行状态。综上,数字孪生技术贯穿了智能生产线的全生命周期,可在智能制造领域推广应用。     

食品生产车间的数字化改造

以某食品生产车间为例,依托物联网技术,以三维模型为可视化载体设计了完整的数字孪生系统.该系统主要聚焦于机器设备的运维管理过程,根据实际车间场景在虚拟三维空间搭建仿真模型,并融合物理车间的实时生产数据,反映实际场景中空间、环境、质量、产量等物理信息,实时反馈生产设备状况,形成"闭环式"运维管理模式,达到实时跟踪监控的目的,从而保证生产过程与成品封装的对应关系,保证产品质量,实现对产品整个生产周期的追溯功能,提升食品生产车间的数字化水平.     

基于DT的售后设备预测性维护协同模式研究

设备制造商为了满足设备用户对快速故障诊断和维护的需求，需要对设备进行实时监测、预测和远程指导。以数字孪生五维模型为基础，提出基于数字孪生的协同维护七维模型和维护服务协同模式。该模式下设备制造商和设备用户可实时获得对设备的监测信息，使得制造商能向用户提供更有效、及时的服务和支持。最后以某瓶装水封盖过程为例，构建设备隐式半马尔可夫模型，对设备当前运行状态的持续时间进行测算，得到与下一次劣化或故障状态的时间间隔，起到预测效果。构建了数字孪生服务平台框架和维护知识数据库，验证了所提出的协同维护模式的可行性。     

面向冷链智能立体仓库的数字孪生系统构建

目的 当前冷链物流行业立体仓库存在货品损耗率高、失温严重、信息化水平低等问题,确保冷链智能立体仓库的食品质量安全,并实现降本增效。方法 面向冷链智能立体仓库的运行场景,设计全映射与多维仿真的数字孪生五维模型,通过对多源异构数据的融合,实现立体仓库全要素的状态实时可视化与监测预警,并提出一种支持系统联动决策的模型优化策略,对立体库负载与温控区热力分布进行智能调节,最大限度提高运行效率和降低运营成本。结果 构建了一套冷链智能立体仓库数字孪生系统,通过对优化前后仓库运行数据进行对比,同等仓储环境条件下生鲜蔬菜的食品保鲜度损耗率同比下降了25%~30%,实现了冷链智能立体仓库实时数据与动态虚拟模型的精准映射与联动运转。结论 以广东某供应链管理有限公司佛山智能冷链仓储物流中心的冷链立体仓库为实践对象,形成了冷链智能立体仓库一体化管控新模式。为冷链智能立体仓库运营管理、调度联动决策与协同作业提供了数字孪生技术的应用参考,为建立更完善的保鲜产品包装与冷链食品质量安全提供了新路径。     

基于数字孪生与深度学习技术的制造加工设备智能化方法研究

针对传统制造加工设备在生产加工过程中存在设备与数据信息联系不紧密,设备使用维护多依赖于人工经验等问题,提出了一种新的设备智能化方法。首先,在信息层建立能反映制造加工设备真实状态的数字孪生体;其次,基于历史加工大数据,通过数字孪生体对加工过程的行为进行建模及深度学习和训练,并利用训练好的人工神经网络根据采集到的实时数据来预测制造加工设备下一时刻的状态,使制造加工设备实现物理层与信息层数据的深度融合,拥有自我感知、自我预测的能力,最终实现智能化;最后,以浆料微流挤出成型设备挤出结构系统的智能化实施过程为例,验证了所提出方法的可行性。实例结果表明该设备智能化方法可有效地对挤出结构系统的运行状态进行监测及预测,为后续提高挤出成型精度提供了有效的数据信息。研究表明数字孪生和深度学习技术能够提升制造加工设备的智能化程度,可为未来智能制造的发展提供理论支撑。     

基于Unity3D的煤炭码头视景仿真监控系统研究与实现

针对基于摄像头的场景监控系统具有可视场景小、易受天气(阴雨、雾霾)影响、黑夜工作效果差的缺点,提出了基于虚拟现实技术的煤炭码头监控系统实现方法。该方法通过远程数据访问,将现场实时采集的煤场大机的各项运行数据,以及煤堆的3D数据,通过MySQL数据库与虚拟三维场景相关联,完成了数据驱动下的取料机、堆料机实时运动模拟,以及煤堆数据的网格可视化,进而实现了港口码头煤堆以及大机运行状态的实时三维监控及可视化。该系统真实感强,交互性好,能够全天候实时监控煤场的运行状态,有利于决策者全方位了解现场信息,并及时发现异常状态。     

基于数字孪生的复杂矿用设备预测性维护系统

针对恶劣工况环境下复杂矿用设备状态监测与预测性维护困难等问题,结合状态监测、故障预警和预测维护等多种综合建模与分析预测技术,提出了一种基于数字孪生的预测性维护系统。首先,介绍了复杂矿用设备数字孪生体的设计流程与构建原理,并在搭建数字孪生体的过程中实现了预测性维护系统的功能;然后,研究了基于LabVIEW、MySQL和Unity3D的状态数据获取方法,利用Unity3D开发引擎搭建了三维可视化复杂矿用设备状态监测平台,并通过虚拟空间可视化展示设备当前状态;最后,分析了优化BP（back propagation,反向传播）神经网络在复杂矿用设备故障预警中的适用性,同时利用MATLAB软件建立了复杂矿用设备关键零部件的预测性维护模型,并将预警结果通过MySQL数据库传输至Unity3D开发引擎,以驱动和部署预设维护流程,实现设备状态实时监测下的关键零部件故障预警。根据采煤机液压系统的实际维修流程,制定了混合现实（mixed reality, MR）预测性维护策略,并以采煤机摇臂部液压柱塞泵为实验对象开展有效性验证。结果表明,所构建的预测性维护系统的故障预测准确率高于90%,且故障预警结果可驱动HoloLens眼镜实现虚拟指导的维修交互,验证了该系统预测性维护功能的有效性。研究结果可为复杂矿用设备的预测性维护提供新思路。     

基于数字孪生的产品生产质量管理方法研究

针对现阶段质量管理过程缺少反馈机制、管理存在滞后性等问题,在传统质量管理模式基础上,提出一种基于数字孪生的产品质量管理方法.构建了物理生产车间、虚拟生产车间、车间质量孪生数据和车间质量管理系统相协同的产品质量数字孪生模型,并对数字孪生模型的运行机制进行了阐述.通过对数据采集融合的方法进行设计形成车间质量孪生数据,并利用...     

2X1000MW机组新建工程三维数字化研发与应用

<正>一、成果研究背景国电双维2X1000MW机组新建工程项目（见图1）以建设“世界一流燃煤电站”为目标，通过构建“数字孪生”系统，实现虚拟电厂与物理电厂的一一映射，精确反应实际电厂构造和实时运行状态，从源头上优化设计、加强创新，打造智慧燃煤电站示范工程。     

设备管理及监控的应用案例分析

以大型半导体制造企业为应用背景,应用在线设备监测系统TFM,对生产中心的生产设备运作信息进行实时集成和同步反馈,实现设备运行状态数据的显示、设备维护计划的查询和决策、设备生产效率的比较分析。把反映生产设备运行状态的动态数据提炼为形象直观的分析图形,实现可视化信息管理,提高生产中心现场设备管理水平。     

凹版印刷工业的绿色节能技术

针对当前凹版印刷设备存在的耗能大、尾气排放污染等问题,通过对凹版印刷机热风干燥系统节能、印刷有机废气(VOCs)综合治理和凹印企业主要热源余热循环利用等主要相关技术的探讨,提出了切实可行的节能减排方案.在此基础上,进一步将热力燃烧式氧化器与热水二段型溴化锂机组相结合,解决了热力燃烧式氧化器运行成本较高的问题.研究结果表明,从热风干燥系统、有机废气综合利用、主要热源余热循环利用3个方面入手实施的节能减排方案,可以降低凹版印刷工业运行能耗的20%~40%.     

基于互联网的虚拟印刷设备学习平台研究

目的改善印刷设备传统专业教学和技能培训的弊端,充分发挥互联网和虚拟现实技术的优势,建立虚拟印刷设备学习平台,使专业教学和技能培训能够紧密结合生产实际,实现用户学习的个性化、自主化和资源利用的最大化。方法首先将印刷设备进行分类整理,并利用三维建模技术建立印刷机模型,通过VRML虚拟建模语言实现印刷部件展示、虚拟装配等;制作印刷设备学习网站,将VRML文件嵌入到网站中并进行测试改进。结果印刷设备学习平台包含了印刷设备学习系统、相关信息的链接以及BBS,通过该平台学生能够进行学习交流、查询信息等实践化、个性化和自主化的学习。结论建立了一种新的虚拟印刷设备学习平台,可以进行自主高效的学习,实现了理论学习与生产实践的统一。该平台的架构和实现也是实现优秀教学资源共享的方式之一,为印刷专业虚拟教学奠定了基础。     

一种基于云平台的包装印刷设备增值服务系统

目的 研究基于Internet的云端通讯、 云数据分析和服务的机联网应用系统, 实现远程维护和工艺指导等设备增值服务。方法 基于凹印和柔印设备的机联网工程实践, 通过Windows Azure云平台,构建包括数据平台和网关、 印刷企业自有云和制造商服务云的三层云框架, 形成以数据网关WCF数据服务组件、 印刷企业云ServiceBus通讯组件为核心的设备运行数据的流程与接口, 并借助Azure的OLAP和机器学习平台, 结合设备运行和工艺管理数据, 形成印刷设备的智能云服务REST API平台。结果 提高了大型包装印刷设备的信息化服务水平, 创新了其云端化管理的应用模式, 提供了实用的系统应用案例。结论 该系统将包装印刷设备与云计算结合起来, 为设备制造商和印刷企业的设备管理及生产实践提供一种新的方案。     

数字印刷与传统印刷之博弈

近年来印刷新科技领域出现突飞猛进的发展,大大改变了传统印刷技术的面貌.特别在印前领域,数字化制版取代了模拟方式,简化了传统制版的工序.印刷多色长版作业时,成本低、速度快;胶印和凹印的印刷分辨率高、质量好;作业准备时间短,对市场能够作出快速反应,作业生产周期短;不难发现,越来越多的印刷企业同时采用数字印刷和模拟印刷的方法来满足客户的需求,形成了一种非常良好的互补生产模式.     

数码印刷机虚拟演示系统的设计与制作

目的为了满足数码印刷机产品展示和辅助教学的需要,利用虚拟现实技术设计与制作数码印刷机的虚拟演示系统。方法以DocuColor 5065数码印刷机为研究对象,根据收集到的资料在AutoCAD中绘制CAD图,或者在Illustrator中勾勒出模型曲线,而后在3ds Max中进行建模。经相关优化处理后导入到VRP平台中进行后期处理,实现虚拟印刷流程展示、构件介绍、分步解说等功能。结果最终构建出数码印刷机虚拟演示系统,通过该系统能够观看印刷机实物展示、装配动画、装配步骤等,了解印刷机的各个零部件和印刷的实际过程。结论将虚拟现实技术应用于数码印刷机中,不但能够对产品进行数据化描述和可视化呈现,使用户了解印刷机的内外部结构和相关特性,而且为数码印刷机的演示流程提供一个展示平台。     

凹印机PID算法实现

目的论述基于PLC工业控制器的多闭环回路的PID算法实现,改进印刷机上的PID控制过程。方法针对陕西北人机组式凹版印刷机的张力控制系统,采用PLC编程实现速度和张力调节器的算法;在经典PID和数字PID算法基础上,采用试凑法对PID控制器进行参数整定,并在凹版印刷机上进行验证实验。结果速度环实验表明:在500 r/min的情况下,电机很快达到设定值,当外部扰动出现时,大约经过6 s电机重新进入稳定状态;张力环实验表明:当卷径为92~800 mm时,所整定的PID参数能够满足4个阶段收卷的不同任务要求,正常运行时系统运行速度为100~200 m/min,且系统出现外部干扰时能够很快调节摆辊位置,使其恢复到垂直位置。结论多级PID控制方式和参数整定能满足当前国产凹印机的收卷需求,但当卷径不断变化超出800 mm时,或者印刷速度大于200 m/min时,整定好的PID参数会使系统性能变坏,仍不能满足高效高速凹印机的生产任务要求,需不断改进张力控制方案。     

基于霍尔效应的印刷机能耗检测方法研究

目的采用霍尔元件法搭建印刷机群能耗数字化检测平台。方法通过建立印刷机能耗指标模型框架体系,形成以总耗电量指标、均值类指标、耗电比例类指标等为主的印刷机耗电评价标准,完善能耗评价准则。采用灵敏度高、稳定性好的霍尔元件作为能耗检测元件,并分析霍尔效应、磁平衡式电流和电压霍尔传感器的检测电路。采用伏安法功率测量方式分别检测各负载电路的电流与电压,通过A/D转换模块实现检测数据数字化,并通过硬件控制核心对采集的数字信号进行运算、输出和显示,采用CAN总线实现硬件控制系统与上位机之间数字信息交互。结果搭建了印刷机群能耗数字化检测系统平台,实现了外围设备与上位机间的数据交互,实现了印刷机群以数据为核心,通过能耗检测、能效分析、能源成本控制以及能源指标优化,提高了能源利用效率。结论能耗检测的实现既能减少冗余电量损耗,又有利于监测电路稳定性,利用霍尔元件法实现印刷机群能耗检测的方法是可行的。     

冰花锤纹特殊印刷工艺及BOBST加装UV固化系统改造

目的 改进冰花锤纹的印刷工艺,提高云龙烟标印刷效率,并为BOBST印刷设备加装UV固化系统.方法 基于计算机辅助设计和实验验证的思想,改造设计凹版印刷设备,并将改进结果与"胶印+丝印"工艺做对比分析.结果 得到了可用于生产的凹版印刷设备,确定冰花锤纹凹版印刷速度为130 m/min,将云龙烟标的印刷速度提高了约6倍.结论 成功解决了冰花锤纹印刷工序繁复、生产过程离散、生产效率低的问题,并开发出现有凹版印刷设备的发展潜力.