数字孪生模型评价指标体系

数字孪生作为实现数字化、智能化、服务化等理念的重要使能技术,以及助力数字经济与实体经济融合发展的有效手段,受到各行各业的广泛关注.随着数字孪生逐渐从理论研究迈向落地实践,在实际应用对数字孪生模型的要求更加多元的同时,对数字孪生模型性能的透明度也提出了更高的要求.然而,数字孪生模型在构建校验、运行管理、重构优化、迁移复用...     

基于数字孪生技术的晶棒机械加工及自动上下料系统

智能物料输送和上下料系统作为光伏硅片制造企业机械加工、物料转运和成品出入库的重要枢纽,对企业人力资源和运营成本的控制、机械加工工艺装备的高效利用以及产品良率的提升发挥着重要作用,然而现有光伏硅片制造企业机械加工工艺装备及自动上下料系统存在作业信息不透明、信息交互延迟严重等问题。针对以上现状,以单晶硅棒(简称晶棒)机械加工及自动上下料系统为研究对象,围绕单晶硅棒开方、磨倒及暂存工序自动上下料等工艺,开展基于数字孪生技术的系统性设计和实现。     

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。     

基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测EI北大核心

针对机械加工车间能耗规律复杂、设备状态时变性强导致能效实时全面监测困难的问题,提出一种基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测方法。通过分析机械加工车间的多源能耗特性,建立机械加工车间多级能效监测指标体系;提出机械加工车间多源异构数据的获取方法,并构建事件与实时数据驱动的机械加工车间实时映射模型;基于碰撞检测与布尔运算的物理模型动态判别机床运行状态,进而获得基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测方法。以某机床企业机械加工车间为应用案例,验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于实时数据驱动的数字孪生车间研究及实现

为满足智能车间生产状态实时可视化监控、健康管理、故障诊断等需求,提出一种基于实时数据驱动的数字孪生车间体系架构与技术路线.通过搭建面向真实物理行为高保真映射的虚拟仿真环境,采用面向事件响应的数据管理方法构建模块化、通用化的数字孪生车间系统.在此基础上,详细阐述了异构多源数据的采集与管理、真实物理行为的虚拟仿真环境、面向...     

面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度

在船用柴油机装配过程中,普遍存在动态扰动事件频发、生产状态监控不足等缺陷,导致生产过程偏离调度计划且无法对扰动事件进行快速响应。为解决调度计划偏差和快速响应这两个难题,将数字孪生技术应用于船用柴油机装配车间生产调度过程中,通过物理装配车间与虚拟装配车间的实时交互快速响应扰动事件并减少调度计划偏差。构建了一种基于数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度框架,并对装配调度问题进行描述与建模。详细阐述了动态调度流程并提出了一种基于pareto支配规则的多目标离散蚁狮优化算法来优化最大完工时间和装配班组负荷这两个调度目标,保证了调度方案的实时性和准确性。最后,通过在某型号柴油机装配车间部署运行,验证了此种调度模式的有效性。     

数字孪生车间系统构建及应用

数字孪生技术是实现物理与信息融合的一种有效途径,是实现工业4.0、中国制造2025、工业互联网、先进制造伙伴计划等先进制造方式与战略的重要手段之一,而车间又是生产制造活动的主要载体.为此,在数字孪生的理论背景下,建立了数字孪生车间总体框架,实现了构建数字孪生车间的三项关键技术:车间关键要素孪生模型建模方法、车间孪生数据...     

数字孪生驱动的数控铣削刀具磨损在线监测方法

针对数控铣床不断老化导致刀具磨损预测模型误差较大,加工过程中动态数据难以在线采集等问题,提出一种数字孪生驱动的刀具磨损在线监测方法。采用神经网络对加工过程中的多源数据进行特征提取,建立考虑机床老化的刀具磨损时变偏差量化模型,并在此基础上提出数控铣削刀具磨损的在线预测方法;开发了面向刀具磨损的数控铣削数字孪生系统,在线感知加工过程中的动态数据并实时仿真刀具磨损过程;最后,将该方法应用于实际加工中并与其他的预测方法进行了对比,结果表明该方法有效降低了机床老化带来的误差,实现了刀具磨损的精确预测。     

数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法

为解决高精密产品装配过程中虚拟仿真分析与物理装配脱节导致的装配效率较低、装配质量一致性较差的问题,提出一种数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法。构建了包括装配全要素的高精密产品数字孪生体;针对当前装配工艺文档可读性差、知识关联关系弱等问题,提出一种基于知识图谱的装配工艺表达方式,并利用知识图谱的可推理性对装配工艺进行动态调整;针对产品质量控制问题,提出一种操作—状态—质量三层结构质量控制策略。以某型号汽车发动机缸体单元装配为例,验证了所提方法的实用性。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生车间演化机理及运行机制

针对当前数字孪生车间演化机理不清楚造成其在制造领域技术路线图不明确的问题,从信息流、物料流、控制流三者的作用及关系剖析了当前生产车间所存在的问题和挑战,在总结数字孪生源起与发展现状后,提出从可视化、逻辑、数据三个维度构建可交互、可控制、可计算的虚拟车间,进而探讨从虚拟车间到数字模型车间、数字投影车间和数字孪生车间的演化机理。提出从数字化、智能化、智慧化三个阶段逐步构建数字孪生车间并阐述了各阶段的运行机制及使能技术,可为数字孪生车间在制造领域的推广与应用提供参考。     

数字孪生驱动的旋转叶盘振动状态全景感知方法

针对旋转叶盘在线振动监测方法仅能获取有限测点信息的局限性,提出了一种基于数字孪生概念的旋转叶盘全域振动状态虚拟感知技术架构。首先,应用数字孪生理论从物理空间和数字空间分别介绍了该技术体系中各个模块的功能和逻辑关系,阐述了实现旋转叶盘振动状态全景感知的技术路线。其次,详细描述了孪生模型构建、非接触振动测试、孪生模型动态更新、虚拟感知及可视化模块开发等关键技术和实现方法。最后,面向旋转叶盘试验件构建了全域振动状态虚拟感知原型系统,对各项关键技术进行了理论分析与验证,并最终实现了动位移场和动应变场的全域状态感知。该方法能够在现有测试手段的基础上获得更加全面的叶盘振动信息,为旋转叶盘的在线状态监测提供了一种新的理论架构,并为后续进行叶盘疲劳寿命分析及可靠性预测提供有效的数据支撑。     

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。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证（第3节）。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。     

数据驱动的生产线数字孪生系统构建与应用

为满足生产线智能化的发展需求,针对传统生产线现场调试周期长,生产线三维可视化能力差,生产数据不同步,现场状态监控成本高等问题,结合数字孪生技术,以数据驱动为基础,构建了生产线数字孪生系统。首先运用Process Simulate构建生产线上的各类设备的数字孪生模型,根据数据通信网络和数据采集架构图,利用OPC UA和Modbus通信,读取生产线设备实时数据,并存入相应的数据库中作为驱动生产线数字孪生模型的数据源,从而实现数字孪生模型对物理实体的实时映射。最后,通过搭建虚拟仿真环境,对数字孪生系统进行虚拟调试,并通过构建实例验证平台,验证生产线数字孪生系统的有效性和可行性。     

基于模糊评价的机械加工中工艺方案选择

针对工艺设计选择中的问题,提出了在设计过程中将设计知识量化,通过模糊评价法对方案进行科学的评价,实现了对工艺方案的快速决策,提高了选择效率.     

数字孪生技术及在武器装备工艺质量管理中的应用

数字孪生是从数字化技术发展演变而来,已经成为当下的热点话题,主要研究集中在航空航天、智能制造、数字化城市等领域,而关于武器装备尤其是武器装备工艺管理方面的研究较少.首先对数字孪生的概念与内涵进行了概述,并对其国内外研究现状进行了分析,分析了数字孪生与工艺知识的关联;随后重点对某武器装备电控系统数字孪生的工艺管理进行了研...     

基于数字孪生概念的实验探究

为阐明和验证数字孪生的概念,搭建了一个弯曲梁实验台.实验选取弹簧钢试件作为物理孪生体,由试件的精确Solidworks模型表示.从应力和应变两方面对物理孪生体和数字孪生体进行对比仿真,其中物理孪生体的应力由传感器测得,应变由控制器控制.数字孪生体的应力与应变由ANSYS软件的静力学分析结果所得.结果表明:在考虑到测量和...     

数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证(第3节)。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。     

热电厂管理数字孪生系统应用综述

随着第四次工业革命发展与演进,数字化转型促进工业经济逐渐转型为数字经济.结合数字经济时代,数字电网发展的新需求,介绍了通过数据驱动着智能电网在技术发展和需求升级的构建、开发和更新的态势.重点论述了数字孪生的概述、技术体系以及应用领域,并详细介绍了数据驱动的热电厂管理、数字孪生系统的系统框架、系统特点、关键技术,目的是实现热电厂各环节万物互联,具有状态全面感知、信息高效处理,应用便捷灵活的特征.     

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。