基于数字孪生的车间三维可视化监控系统

针对当前制造车间监控透明度低、方式单一、实时性差、缺乏模型等问题,参考数字孪生理论模型,以工业物联网平台作为系统服务平台,提出一种基于数字孪生的车间三维可视化监控系统六维模型,并介绍了系统开发流程.在此基础上对系统开发中的孪生数据采集、虚拟车间构建、数据实时映射等关键技术进行了阐述.同时,针对车间数据采集困难的现状,提...     

数据—模型融合驱动的流程制造车间数字孪生系统研发EI北大核心

针对流程制造过程工序间耦合严重、过程建模困难、生产活动规划的联动性和智能化水平较低等问题,提出数据与模型融合驱动的、覆盖工艺流程全变量空间的车间多维数字孪生模型及其系统架构。融合车间生产全要素孪生模型与动态生产数据,建立了贯穿生产过程中不同工序的设备实体对象模型,从几何、物理、行为、规则等多个维度对耦合生产线实体对象特征进行刻画,实现了工艺设备静动态多维属性的数字化精准映射。在此基础上,搭建了包括物理产线、虚拟产线、信息服务等支撑多系统数据交互映射的车间数字孪生系统,研发了基于开放平台通信—统一架构(OPC UA)与Kepware的通信技术的静动态虚实映射和迭代运行机制,实现了从车间物理制造流程耦合向各孪生体参数间耦合的转换。最后,基于某流程制造企业制丝生产试验线开展应用验证,为解决流程工业耦合复杂而造成的协同交互与迭代运行难题提供了方法和实现途径。     

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。     

基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法

针对离散制造车间实时监控困难、调控能力差、管理不透明等问题,采用面向对象的方法,提出一种基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法.首先,搭建了基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法体系架构,明确了其关键实现流程;然后,分别围绕4个关键技术:基于AutomationML与OPC UA的数据建模及传输方法、事件驱动的虚实映射方法、基于复杂事件处理的车间逻辑建模方法、信息可视化及推送,详细阐述了该可视化实时监控的实现方法.最后,以某航天产品机加车间为应用案例,结合实际生产过程和开发的原型系统,验证了该监控方法的有效性.     

基于数字孪生的零件智能制造车间调度云平台

零件制造车间中工作要素路径的未知性、时间的不确定性,以及生产要素信息的孤立性,严重影响了车间调度的有效运行。基于数字孪生技术提出一种解决零件智能制造车间调度问题的新方法——调度云平台,构建了调度云平台的框架模型以及调度工作流程;搭建了调度云平台的全生命周期监控系统,监控产品的实时运行状态;基于全生命周期监控系统实时监控的数据,利用大数据分析技术对车间生产过程中多源动态扰动进行预测和诊断,在此基础上提前由调度云平台对动态扰动制定相应扰动策略;为阐述如何将所提模型落地,以某企业零件智能制造车间为例,对调度云平台模型进行应用验证,同时指出了基于数字孪生的零件智能制造车间未来的工作方向。     

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。     

基于OPC UA的数字孪生车间信息物理融合系统

针对生产车间数据集成和分享难度大、实时可视化监控成本高等问题,基于OPC统一架构(Unified Architecture,UA)与数字孪生技术,提出一套面向生产车间的数字孪生车间信息物理融合系统方案。首先,设计了数字孪生车间信息物理融合系统架构,分析了系统架构的组成要求,建立了面向生产车间的通用OPC UA信息模型层次架构;然后,通过信息模型建模、OPC UA服务器开发和OPC UA客户端访问构建了数字孪生车间的统一接口;最后,将该系统方案应用于某生产车间,经验证该方案为生产车间数据集成和统一管理、智能化与可视化监控以及各系统程序之间的数据共享提供了保障,是推动智能制造的有效方案。     

车间生产过程数字孪生系统构建及应用

数字孪生可以真实地反映物理世界,车间生产过程数字孪生可以使生产过程透明化,利用孪生数据可以优化生产。为此,在数字孪生的理论背景下,建立了车间生产过程数字孪生系统体系架构,并对系统实现的3项关键技术——车间生产过程关键要素数字孪生建模与实现、基于OPC统一架构的车间生产过程物理实体数据获取以及车间生产运行实时映射进行了详细阐述。最后,对车间实际生产线进行了数字孪生的实现,验证了所提方案的正确性和有效性,为车间生产过程数字孪生的实现提供了技术解决方案。     

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。     

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。     

面向数字孪生的流程型制造车间管控系统

针对流程型制造车间数据采集不全面、生产过程不透明、生产故障监控实时性差而造成的产品劣品率与生产成本高问题，构建了一种制造物联和数字孪生融合的可视化管控系统。围绕“数据感知与传输、数据适配与存储、数据分析与应用”这一主线，分析了物理制造车间的监控数据体系和管控需求，构建了面向制造物联的多源异构数据感知、传输与分析架构，提出了基于数字孪生的物联、物理、虚拟交互方案，实现多视角、分层次的数据可视化监控。最后，该系统在某锂电池材料生产车间部署应用，验证了其优良性能。     

基于流程的复杂产品装配车间现场监控技术

针对复杂产品装配车间的现场实时监控难题,提出一种基于流程的复杂产品装配车间现场监控技术。分析了复杂产品的日作业计划控制流程,提出基于日作业计划的车间现场数据管理模型。提出数据获取、数据处理、数据匹配3层架构的可配置看板构建方法,并建立了基于装配工艺流程的车间现场监控模型。设计并开发了复杂产品装配车间监控看板系统,该监控系统具有实时性、可扩展性、流程化和精细化的特点,实现了复杂产品装配车间现场的精细化监控。设计并开发了软件系统,并结合实例对所提方法进行了有效验证。     

逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法

为提高数字孪生车间系统运行过程中映射关系的忠实性与实时性,提出一种逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法.采用车间物理信息建模的方式描述模型和逻辑信息并搭建数字孪生车间的构建规则,分别对系统静态模型数据和动态逻辑数据进行建模分析,将静态模型顶点、面片等数据作为数组发送至GPU常量缓存区,在缓存区中通过矩阵转换预设静态孪生模型在虚拟空间中的位置变换,通过GPU常量缓存区和预置变换对静态模型数据进行并行处理,提升计算效率.验证结果表明,在相同的工艺逻辑数据和模型数量条件下,所提出的孪生系统架构方法可以将GPU使用效率由43％提升至86％,运行帧数由22.6提升至387.0,大幅提升数字孪生系统的执行效率和性能.     

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。     

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、车间孪生数据的获取与传输方法、车间虚实结合实时映射模型.最后,通过对车间实际产线进行的数字孪生实现,验证了所提方案的可行性与正确性,为数字孪生车间的建立提供了技术解决方案.     

基于VERICUT数字孪生的柔性生产单元研究

基于VERICUT数字孪生的柔性生产单元,能够快速响应市场需求变化,充分发挥设备潜能。采用免费、开源的LinuxCNC数控系统,提出数字孪生平台的系统架构,分析数字孪生平台的基本功能。通过构建柔性生产单元模型,完成系统输入、输出数据的虚实同步映射,重构车间设备柔性,提高设备的适应能力。     

基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统

为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。     

基于数字孪生的复杂产品装配过程管控方法与应用

针对航天复杂产品装配过程的实时可视化监控、运行状态在线分析与预测难题,提出了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程管控方法。首先构建了面向复杂产品装配过程管控的数字孪生模型;在此基础上,引入工作流技术实现了装配过程数据的实时采集与管理,提出实时数据驱动的数字孪生车间同步运行方法;随后通过灰色马尔可夫预测模型、T-K统计控制图以及关联规则算法的集成应用,实现了对复杂产品装配过程中的小样本量质量数据的实时预测与分析。最后,自主设计并开发了基于数字孪生的复杂产品装配过程管控系统,并在某卫星装配车间进行了应用验证。     

基于实时信息驱动的制造过程可视化监控平台

针对目前由于缺乏有效的手段支持离散制造过程实时监控,导致生产车间透明程度低、信息流实时性差等问题,采用面向对象的方法构建制造资源本体模型(ROM)和一种支持生产系统实时监控的对象模型(IMPV),并定义了IMPV的对象数据模型、可视化表征模型、对象操作模型和信息交互控制模型。在此基础上,设计并实现了一种支持制造过程实时可视化监控的体系架构,详细讨论了IMPV的实例化方法以及基于规则映射的资源感知与信息集成模式,最后将该可视化监控系统应用于某发动机装配车间中,取得了良好的应用效果。