基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统研究与实现

为提高智能车间输送线场景生产运输过程的可视化程度，实现输送线设备状态的实时监控和设备故障的高效诊断处理，提出了基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统架构。搭建与现场车间一致的数字孪生三维模型场景，利用车间实时数据驱动模型场景同步完成与现场车间一致的行为，建立了拓展性强，可灵活复用的可靠数字孪生系统。详细阐述了系统对设备实时数据的采集与利用策略，模型的驱动逻辑与原理和设备实时数据的详细表达方式。完成了系统的落地，并通过化纤生产线的输送线场景验证其可行性。     

基于数字孪生的件箱分拣系统虚拟调试研究与应用

分拣系统是智能物流的关键组成部分，其对货物的分拣效率是影响物流系统整体效率的重要因素。针对目前分拣系统难以搭建测试平台，对控制策略与逻辑算法验证难度较大等问题，通过数字孪生建模方法，在PlantSimulation仿真平台中建立件箱分拣系统的数字孪生模型，并实现基于该数字孪生模型的虚拟调试方法。该虚拟调试方法可实现对件箱分拣系统的提前验证与测试，减少设备调试时间，降低了现场调试成本，大幅提升了调试效率。     

基于数字孪生的卷烟厂仓储研究与应用

针对目前仓储存在运作效率低、数据实时性差、设备健康管理缺乏等问题，设计了基于数字孪生的仓储优化方案。通过三维模型和虚拟场景的搭建，构建了仓储的数字孪生模型，提出了数字孪生仓储的体系架构，选用了OPC UA通讯框架进行数据采集和通信，利用数据驱动数字孪生模型，实现了数字空间与物理空间的交互融合。最后通过某卷烟厂仓储的落地应用，验证了系统的可行性和有效性，为数字孪生技术在仓储管理领域的应用提供了技术支撑。     

面向微组装单元的数字孪生同步方法及系统实现

为了解决微组装生产线数字化转型面临的数据处理难和设备信息化控制难的问题,设计了微组装生产线单元数字孪生系统架构,提出一种基于实时生产数据的四维融合模型孪生同步方法,从行为实时映射、状态实时映射和动作实时映射的角度对孪生同步进行了诠释,并对其关键技术——多源异构数据分类、清洗与解析和实时数据驱动四维融合孪生模型进行了详细...     

数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法研究

数字孪生技术不仅是实现信息物理融合的核心，还是实现数字化故障诊断的关键。为了实现物理空间和信息空间的实时映射、故障实时预测、故障信息及时反馈，提出数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法。首先，利用数字孪生技术构建离心泵机组数字孪生映射模型。然后，基于数字孪生映射模型，通过数据驱动的故障诊断方法实现故障实时预测，利用模型仿真的故障结果验证方法完成故障结果验证，以验证结果作为数字孪生模型修正和深度学习模型调整的条件。最后，借助Unity3D平台实现故障诊断系统的开发，并通过3种工况验证了系统的可行性。     

面向数字孪生的车间运行三维实时监控系统

为解决自动化生产车间生产运行过程和生产信息实时可视化程度低、设备数据采集困难等问题,研究了数字孪生技术和OPC UA技术在车间三维实时可视化方面的应用。首先,以搭建数字孪生车间为基础,完成了三维实时监控系统总体框架的设计,并确定了其关键运行流程和技术路线。然后,对实现该系统的4项关键技术,即车间设备孪生体建模及虚拟车间的构建、基于OPC UA技术的车间多源异构数据采集和传输方式、虚实车间同步运行,以及生产加工数据的实时可视化进行了详细阐述。最后,通过设计开发了某印章生产线的三维实时监控系统,以实时数据驱动孪生车间运行的方式,完成了对物理车间生产过程在三维场景中全方位、任意距离的实时监控。并对采集的实时数据进行分析、处理和计算,实现了车间中设备使用率、产品合格率和库存状况等生产信息动态可视化,验证了该监控系统的可行性和有效性。     

面向数字孪生的智能虚拟生产线与调试系统设计

制造业正在向智能化方向转变,智能虚拟生产线已广泛应用于各种产品生产仿真过程中,用于分析实际生产线规划方案的可行性,可以极大地节约生产成本,缩短研发周期。为了解决现有的智能虚拟生产线不能真实映射物理生产线特征、设备加工过程不直观及虚拟调试操作复杂等问题,本文结合数字孪生技术对智能虚拟生产线与调试系统进行了研究,详细介绍了搭建数字孪生智能虚拟生产线和虚拟调试系统设计的关键技术,并以设计实例进行验证。实验结果表明,本文提出的设计方案能够快速实现智能虚拟生产线的设计与调试,同时方便观察智能虚拟生产线加工过程,为智能制造生产线的设计打下坚实基础。     

基于OPC UA的数字孪生车间实时数据融合与建模研究

数字孪生车间是智能制造背景下车间全息监控、精准分析、实时决策的有效手段。而实时高效的异构数据采集和融合,以及虚实车间的交互连接是驱动数字孪生车间运转的核心。为此,依托制造物联网和OPC UA通信技术,建立了数字孪生车间实时数据采集框架。采用分层融合的策略,去除原始数据中的信息冗余,匹配产生中间事件和生产过程数据,同时基于空间尺度构建实时数据空间对象模型。另外针对提高数据传输实时性的目的,按照信息分类—自适应压缩—节点合并的路线,缩减OPC UA信息模型节点数目和节点容量,设计了面向数字孪生车间的OPC UA信息建模方案。最后,以某航天结构件生产线为案例,为数字孪生车间开发了实时数据采集系统,并验证了此方案的可行性。     

知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法

对加工过程的实时观察、分析和控制是优化零部件加工策略的重要组成部分。通过融合几何状态、物理状态和设备状态变化等多维、实时的加工过程数据,可以实现对加工过程的建模和监控。数字孪生模型是数字孪生系统的核心与基础。但是,目前还缺乏一种系统且能自适应开发高保真、多尺度、多维加工数字孪生建模方法,以辅助系统进行分析与决策。提出了一种知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法,可以在加工过程中自适应地构建产品数字孪生模型。该模型可根据加工过程自适应的变化,实时表达加工过程中的产品,为数字孪生决策系统提供数据支持。最后在一个航天零件的加工过程中测试了该方法,验证数字孪生拟态模型在加工中应用的可行性。     

基于数字孪生的液压运维系统

以数字孪生技术为基础,构建运维机理模型加数据驱动的液压运维系统。介绍了液压运维系统的总体设计、系统功能和系统实现。参照实际液压设备结构搭建线上液压系统,作为数字孪生体。在实体液压系统中安装少量传感器,采集数据并上传。构建物理系统与数字系统的孪生体映射,剩余节点参数通过运维机理模型计算得到,由此实现液压系统的实时监控和智能运维。     

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。     

基于云制造的生产线虚拟与物理系统互联信息模型的建模方法及应用

基于目前对数字孪生技术、虚实融合技术、云制造技术的研究和探索,提出一种云制造模式下的生产线虚拟与物理系统互联信息模型的建模方法。通过对生产线组成要素进行行为规则建模,构建生产线虚拟孪生模型;利用物联网技术实现虚拟模型与物理模型的数据融合,并基于仿真优化技术实现产品生产阶段虚实闭环迭代优化。最后基于INDICS平台,通过案例分析对本互联模型进行了有效性验证。     

面向数字孪生车间的三维可视化实时监控方法

针对数字孪生车间的实时可视化监控难题,提出一种基于实时信息的生产车间三维可视化监控方法。分析了数字孪生车间与三维可视化实时监控之间的关系,提出一种多层次的三维可视化监控模式和实时数据驱动的虚拟车间运行模式。在此基础上,对基于实时信息的生产车间三维可视化实时监控方法4个关键实现技术,即虚拟车间几何建模、车间实时数据管理、车间多层次三维可视化监控和车间状态看板构建方法等进行了详细阐述。设计并开发了原型系统,通过实例验证了所提方法的有效性。     

数字孪生驱动的数控机床虚拟调试技术研究

数控机床调试阶段的调试质量直接影响其加工精度,然而数控机床在服役阶段的加工场景丰富多变,同时作为复杂机电系统代表性设备包含庞杂耦合关系,一般调试方式在此情况下的调试结果的有效性十分有限。因此,文章提出在虚拟环境中模拟机床运行时复杂的加工场景并进行虚拟调试的方式,以得到最佳运行参数。首先通过分析机电系统复杂耦合关系,采用多领域统一建模语言结合虚实映射策略构建了数控机床数字孪生模型;其次基于孪生模型对复杂加工场景进行模拟,并提出数控机床虚拟调试方式;最后以数控机床主轴系统为例,验证了所提方法的有效性和现场应用的可行性。试验结果表明响应时间缩短12%、稳态误差降低54%。     

基于数字孪生的卫星总装过程管控系统

为解决卫星总装过程实时管控和分析预测的难题,提出一种基于数字孪生的卫星总装过程管控系统,建立了系统体系结构,研究了面向总装过程管控的产品与车间孪生建模、数据物联采集与虚实精准映射、数字孪生驱动的总装过程实时管控与分析预测、孪生数据多维度组织管理等关键技术。该系统以孪生模型和实时数据为驱动,基于产品关键特征和车间关键要素,将模型与数据进行有效融合,实现了总装过程的实时管控,并为生产决策提供支持。通过在卫星总装车间部署运行的应用效果,验证了该系统的有效性和可行性。     

基于数字孪生的光纤绕线机实时监控方法研究

为满足光纤绕线机生产的实时监控需求,本着虚实双向驱动的原则,提出了一种基于数字孪生的光纤绕线机加工过程实时监控方法。首先,结合数字孪生技术,建立了光纤绕线机监控系统的总体架构;然后对光纤绕线机的数字孪生建模、实时数据的采集与处理以及基于实时数据的模型驱动这3项关键技术进行了详细阐述;最后在实际设备上进行测试,验证了该监控方法的可行性与有效性,为光纤绕线机加工过程管控提供了新的解决方案。     

基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化方法及验证

针对当前化纤长丝生产车间的装备故障率高、远程运维难、装备协作易失败,尤其在化纤长丝落卷作业过程中存在作业策略效率低的难题,提出并构建了基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化系统。建立了基于数字孪生五维模型的落卷作业数字孪生模型,在实时数据驱动下,实现了化纤长丝生产车间的三维可视化监视与精准管控;重点针对化纤长丝落卷生产线作业方法问题,提出一种考虑多目标的自动落卷机作业策略调度优化方法,并进行仿真验证。通过在某化纤长丝生产企业进行落地应用,表明所构建的数字孪生系统和作业策略的有效性。     

基于NX MCD的物料装配及分拣设备设计

为实现机电成套设备的优化设计,提出一种基于NX MCD环境建模,联合TIA博途自动控制设计,实现系统仿真与调试的方法。以物料自动化装配及分拣系统的研发为例,在NX MCD中完成机械建模、物理属性定义,构建虚拟样机;在TIA博途中完成PLC控制程序与HMI设计。借助PLCsimAdvanced建立虚拟PLC与虚拟样机的信号映射,通过仿真调试对模型和程序进行验证。继而搭建硬件设备,以PROFINET工业以太网集成控制变频、伺服系统,实现实体整机运行。最后通过OPCUA通信使虚拟样机与硬件PLC进行数据交换,从而达到虚实协同运行。结果表明：装配分拣单元的虚拟模型与硬件设备运行动作逻辑一致,且实时同步。基于NX MCD的数字孪生设计方案为复杂机电产品的研发提供了行之有效的技术方案。     

基于数字孪生的复杂机械产品多学科协同设计建模技术

数字孪生技术能够实现产品物理模型和信息模型的融合与迭代优化,从而缩短产品研发周期、降低返工成本。针对复杂产品多学科协同性差、研发成本高的难题,将数字孪生的理念引入到复杂机械产品多学科协同设计中。分析了多学科协同设计和数字孪生的研究进展,从全生命周期的视角探讨了产品、生产及其性能数字孪生模型的信息表达、集成与数据交互问题,给出了数字孪生的演变过程模型;在分析产品数字孪生多阶段建模过程的基础上,设计了一个产品数字孪生多学科协同设计建模参考架构,提出了机电一体化的多学科协同设计与虚拟工程方法和产品数字孪生多学科协同设计关键技术,通过优化仿真和虚拟调试构建了复杂机械产品的数字孪生模型,解决了产品全生命周期中机械、电气和自动化等多学科系统的信息物理融合问题。通过案例验证了所提数字孪生多学科建模理论及其优化方法的可行性。     

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术

针对悬臂式掘进机智能控制时面临的远程操控问题,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,提出面向煤矿井下装备智能控制的"人—信息—物理系统"(HCPS)交互机制,实现掘进工作面物理空间与掘进信息虚拟空间的深度融合与交互;结合悬臂式掘进机模型,提出数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统,从工况数据感知、数字孪生体构建、人—机—环交互3个方面实现地面虚拟掘进与井下实际掘进的深度融合;搭建悬臂式掘进机远程虚拟操控实验平台,以验证孪生数据驱动下的虚实同步等功能,截割轨迹跟踪测试表明,系统可实现掘进机虚实同步控制,截割头位置精度偏差小于40 mm,满足煤矿开采中巷道开拓的质量控制要求.基于数字孪生驱动和虚拟现实呈现的井下设备智能操控方法,在煤矿巷道可视化掘进系统和智能掘进机器人系统中应用效果良好,为煤矿井下综采综掘工作面设备的远程智能监测与控制提供了全新的思路,对促进工作面智能化系统发展重要的借鉴意义.