[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。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于数字孪生的航天制造车间生产管控方法

针对目前航天制造车间生产管控中存在的效率低、精细度差、动态响应能力不足等难题,研究了基于数字孪生的制造车间生产管控方法,设计了基于跨网段信息异步交互的航天数字孪生车间架构,提出了航天数字孪生车间的基本组成和虚实融合的制造车间分层管控模式,阐述了面向不同对象的制造智能（MI）和商业智能（BI）场景应用,为军工企业车间生产管控提供了可行的技术途径。     

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...     

基于数字孪生的电力计量设备自动化生产技术研究

近几年来,传统的单线生产技术已经不能适应新一代电气制造业的发展、设备信息化的发展和网络扩展的需要。电能表的设计和制造大多采用串口模式,产品的生产效率较低。因此,提出了一种基于数字孪生的智能制造业柔性生产线系统。首先,构建了智能制造柔性生产线的数字孪生环境。然后以改进的卷积神经网络模型为主要训练网络,建立了设备多源信息实时交互的方法和机制。最后,建立了电力计量设备“四线一库一平台”的核心流程,采用无人工干预的自动化作业方式,实现了计量检定工作的精益化管理,为电气制造行业提供了有效、可靠的数字孪生整体解决方案。     

基于文献计量的数字孪生研究可视化知识图谱分析

文献计量方法可以从宏观、中观、微观各个层面来揭示一个研究主题发展的概貌,进而能够从各个角度全面的审视该研究主题的结构和研究热点。鉴于数字孪生是工业互联网的重要应用对象和智能服务的绝佳载体,通过对Web of Science核心合集数据库中数字孪生相关文献的统计,采用文献计量研究方法,以发文量与文献分布、作者及研究机构合作、文献引用、关键词共现等为观察点,基于Citespace实现了可视化知识图谱,对当前数字孪生研究的现状、趋势和热点进行了检视和分析。结果表明,数字孪生研究正在快速升温;研究成果的产出主要依靠核心作者群;数字孪生的内涵和外延存在跨领域、跨学科的共性成分;我国在数字孪生研究的国际合作和校企合作方面亟待加强;此外,从研究趋势的演进来看,知识作为核心要素将在数字孪生研究中发挥重要作用。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测

针对处于恶劣工作环境的采煤机状态预测与维护困难的问题,结合数字孪生高逼真度行为仿真特性和深度学习强大的数据挖掘能力,提出数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测方法。基于物理空间多物理参数构建采煤机数字孪生体,通过在虚拟空间的可视化展示与分析实现健康状态预判;建立基于深度学习的采煤机关键零件剩余寿命预测模型,实现实时监测数据驱动下的零件剩余寿命的在线预测;综合数字孪生体状态和剩余寿命值,实现采煤机健康状态预测。通过试验验证了该方法的有效性,为采煤机健康状态预测与管理提供新思路。     

基于数字孪生技术的汽车智能制造实训基地建设探索

结合区域经济发展需求以及涉足汽车制造产业的示范性虚拟仿真实训基地建设紧缺的现状,充分对接汽车制造产业链,服务区域经济发展,为提升职业院校毕业生职业素养进行有益的探索和尝试,创新性提出融入精益生产管理能力培养功能的“整车装配线+装配工艺仿真系统+数字孪生系统”三位一体汽车智能制造虚拟仿真实训基地建设模式,分别从总体架构、实训条件环境建设、实训资源建设等方面展开研究,形成一套“虚-虚”验证与“虚-实”验证结合的完整系统,在虚拟端和现实端实施人才培养,装配工艺仿真系统侧重培养学生岗位基本技术技能,数字孪生系统的虚拟产线侧重学生生产管理的培养,同时考虑精益生产要素与课程思政元素,校企双方共同开发配套的课程资源及特色化“装配工艺实训+精益生产管理实训”的典型实训项目,实现“精益化、智能化、信息化”的有机融合,解决职业教育忽视生产管理能力培养的问题,为汽车制造业发展亟需的“技能+管理”型复合人才培养提供参考和借鉴。     

数字孪生制造智能网联汽车事故数据记录技术

智能网联汽车是交通强国战略和《中国制造2025》建设的重要内容之一,也是人工智能落地应用的关键领域。“新基建”背景下智能网联汽车具有跨学科、跨领域特点。随着我国《汽车事故数据记录系统》（GB 39732-2020）强制性国家标准于2022年实施,在智能网联、自动驾驶等技术日趋成熟和核心装备国产化背景下,汽车事件数据记录系统因其在车辆安全与乘员保护、道路交通事故调查与重建等方面的关键性作用,其软硬件智能制造已成为热点研究方向。然而,现有标准更多提供的是功能和性能参考,总体缺乏过程性的制造方案,更缺乏基于数字孪生的制造体系构建方法。因此,针对现有研究存在的公共安全警务场景聚焦性、智能网联场景汽车事故记录系统制造流程、孪生制造架构缺乏等问题,提出一种警务场景智能网联汽车数据记录系统制造数字孪生架构;面向警务车载事故数据记录场景,从数据和应用场景物理空间构建角度,基于所提出制造架构,介绍了一套数字孪生警务场景智能网联汽车事故数据记录装备的软硬件关键技术以及警务应用场景,为研究界和工业界提供了前瞻性架构和设计借鉴。     

[数据驱动的智能服务]数据驱动的复杂产品智能服务技术与应用

随着传感器、数据采集装置和其他具备感知能力的模块在复杂产品服务运行阶段的应用,复杂产品运维系统的数字化和智能化程度越来越高,具有实时、多源、异构、海量等特性的数据成为提高复杂产品系统可靠和低成本运行的决策依据,数字孪生技术提供了一种有效途径。介绍了数据驱动的复杂产品智能服务研究进展;分析了数据驱动的智能服务基本特征与框架模型;提出了数据驱动的复杂产品智能服务方法,主要包括面向服务的复杂产品建模与仿真方法、数据驱动的服务需求获取与精准分析预测方法、基于数字孪生的设备故障识别与动态性能预测方法、数据驱动的装备视情维修与备件库存联合多目标决策优化方法、基于数字孪生的复杂产品辅助维修技术、多要素协同的复杂装备能效精准分析预测方法、基于数据挖掘的复杂产品运行优化控制方法等;给出了智能服务系统的应用案例。所提出的框架和方法可为现代制造服务的智能化转型升级提供参考。     

复杂电子装备数字化车间发展趋势与实践

面对复杂电子装备车间高可靠、高性能、高柔性、高质量、高效率的生产制造需求,文中从体系架构、赋能技术、工业软件、智能装备以及示范工程等维度分析了国内外复杂电子装备数字化车间的发展现状,阐述了当前我国复杂电子装备数字化车间建设存在的不足,介绍了某复杂电子装备企业数字化车间建设探索与实践案例,并结合当前智能制造技术发展趋势,...     

未来装备探索:数字孪生装备

工程装备、制造装备、医疗装备等各类装备是加快国家基础建设,提升国家经济实力和保障医疗健康的重要基础.在新环境、新趋势、新背景下,如何充分融合新一代信息技术,助力装备数智化升级,实现装备软硬系统的自主可控,是实现装备高质量发展,推动数字经济与实体经济融合发展的关键.基于作者团队前期提出的数字孪生五维模型理论基础,探讨了数...     

数显扭矩扳手的发展前景

分析了国内数显扭矩扳手的市场前景,综述了国内外典型数显扭矩扳手及其控制技术的应用、发展、研究状况,并对数显扭矩扳手的发展前景提出了展望。     

数字制造与数字工厂的研究前景

根据中国国家自然科学基金委员会的安排，就机械与制造科学"十一五"发展战略进行研讨 提出"十一五"期间数字制造科学研究优先发展的重点方向。 数字制造作为新的制造技术和制造模式，已成为推动制造业自主创新的强大动力。其内涵包括数字产品设计与开发、数字制造装备、数字制造技术、数字工厂、数字企业和数字化服务等研究领域。数字装备和数字工厂是数字制造的基础，不仅具有广泛而灵活的加工能力，而且具有强大的信息处理能力。 数字制造和数字工厂所需研究并解决的问题主要包括：多物理场的数字建模、加工和成形过程的数字仿真、高速高精数字加工装备、数字测量设备和数字产品开发过程等。数字制造尚是一个开放的研究领域，也是一个快速发展的研究领域。亟待研究的重要科学问题有：数字建模与仿真的理论和方法；基于视觉信息的数字装备运动规划和自律控制；数字化协同产品开发的基础理论与关键技术等。旨在解决形位空间和旋量空间的几何计算和几何推理；多物理场的交互作用规律及其数字化表示；几何约束、物理约束和产品性能约束的相容性及混合约束求解；制造过程和制造系统中的模糊信息、不确定信息、不完整信息以及经验与技能的形式化和数字化表示；异构制造环境下的信息融合、信息集成和信息共享等问题。     

现役导管架平台结构监测系统开发与数字孪生技术

目前我国海上有近1/3的导管架平台已超过或即将达到设计寿命,平台结构维护或修复延寿方面的需求比以往任何时候都更为迫切。传统的导管架水下结构损伤检测,测点少、难度大、费用高且无法预测平台结构的状态。开发了南海某导管架平台结构监测系统,该系统主要包括海上风浪的环境监测和平台结构振动、应变的响应监测。根据监测数据提出了基于双重有限元模型修正的现役导管架平台结构数字孪生,通过数字孪生技术修改平台结构安全评估及寿命预测模型,掌握海上导管架平台结构在整个服役周期内的结构行为,科学预测、预防性维护,以延长平台寿命。     

面向动力学特性监测的主轴系统数字孪生体

铣削过程中主轴系统动力学特性随主轴转速和边界条件的改变而发生重构,传统的锤击模态分析驱动方法难以真实反映物理现实。针对该问题,构建了面向动力学特性监测的主轴系统数字孪生体五维模型,探讨了建模方法和运行机制,论述了主轴系统数字孪生体驱动的主轴系统动力学特性监测服务,并将其应用于铣削加工中心主轴系统动力学特性动态监测。实验结果表明,该模型利用主轴系统物理实体与虚拟实体的交互融合,通过监测服务准确获取铣削过程中主轴系统动力学特性,使主轴系统设计改进、运行优化、故障诊断、精准维护成为可能。     

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...     

机器人加工装备运动学镜像模型建立方法与实验研究

在数字空间建立加工装备的镜像模型是实现智能制造的基础,镜像模型与加工装备构成数字孪生体,从而在数字空间中实现加工装备的加工模拟、仿真与参数优化。利用轴旋转法获得物理机器人各轴轴线及其位型,实现物理机器人几何参数与零位的解耦标定。采用坐标变换法建立物理机器人的运动学方程并利用牛顿迭代法求取运动学逆解。在数字空间中,利用标定的几何参数建立物理机器人的镜像模型,并集成刀轨迹生成与后处理模块。实验结果表明,由数字空间镜像模型生成的加工轨迹,物理机器人不变姿态的加工误差最大值为0.28 mm,机器人变姿态的加工误差范围为-0.83～+0.52 mm。