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。     

基于PLC与MCGS的YL-335B自动线控制系统设计与实现

PLC可编程控制器和监控组态软件作为自动化专业的核心课程,自动化生产线是其核心综合实训系统。本文开发了基于PLC与MCGS的YL-335B自动化生产线实训控制系统,采用了结构化的编程方式设计了供料站、加工站、装配站、分拣站、输送站5个单站的PLC控制程序,组建了在RS485串行通信下的主从网络,编写了用于主从站之间交换数据的PLC网络读写程序,组态了上位机监视控制系统,实现了全自动线的一体化联动功能。系统集PLC、组态软件、机、光、电、气等多方面知识于一体,具有技术含量高、针对性强等特点,使用效果良好。     

海洋无隔水管修井的数字孪生框架与可视化交互

为保障海洋无隔水管修井作业安全,构建了修井数字孪生系统。设计了海洋修井数字孪生系统五维模型框架,包括修井系统物理实体、虚拟实体、虚实数据交互、人工智能数据分析、作业决策服务。通过SolidWorks构建三维模型,将其导入Unity 3D来建立场景,构建修井系统的虚拟实体,利用虚拟现实技术提升交互性;基于OPC UA协议采集可编程逻辑控制器的实时与历史数据,实现对修井设备的监测;采用MATLAB进行数据分析,构建修井响应模型,对故障信息进行有效诊断与分析,并为修井作业制定决策策略。通过案例讨论论证了海洋修井数字孪生系统的可行性。     

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。     

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。     

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。     

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VDEVS的离散制造车间虚拟实体行为模型描述方法

虚拟实体是数字孪生五维模型中重要的组成部分,其行为模型描述了物理实体在外部环境与内部运行机制作用下的实时响应及行为.针对离散制造车间数字孪生虚拟实体行为模型缺乏统一描述与精确定义的难题,提出一种使用基于值的离散事件系统规范(VDEVS)对行为模型进行描述的方法.在原有数字孪生五维模型基础上定义了数字孪生车间虚拟实体分层模型,实现了其与数字孪生车间物理实体的一一映射.通过对传统离散事件系统仿真规范(DEVS)进行扩展提出了VDEVS,从而更加精确地描述离散制造车间复杂系统级、系统级、单元级虚拟实体的行为.最后,针对某加工单元,利用基于VDEVS的方法对其行为模型进行了描述.     

基于PPI网络通信的自动化生产线联调实现

本文借助YL-335B系统,完成了对自动化生产线上所涉及的多站通信、PPI通信协议、PPI通信协议参数设置、两站之间的通信、两站通信的数据规划、主站网络编写程序段、主从站程序设计等方面的研究。通过对各个工作站的工作原理的研究,了解各个传感器的作用,并进行程序的编写,解决程序的优化问题,最后联机调试是整个系统正常运行,达到预想的目标。     

基于RAMI4.0的交钥匙工程的信息参考体系架构

针对可重构生产系统不足以支持面向产品的交钥匙生产系统的快速构建,特别是尚未形成公认的标准及认证应用范例的现状,基于工业4.0参考架构模型(RAMI 4.0)设计能实现系统快速构建的交钥匙工程的信息参考体系架构。结合数字孪生、第五代移动通信技术(5G)、OPC统一架构(OPC UA)等信息技术,从信息视图的角度建立以可重构生产系统为核心的交钥匙工程的信息参考体系架构,以及系统配置与重构平台、数字孪生平台等关键使能工具,为设计与生产的信息交互、不同层级之间的通信、系统的快速构建与验证等提供参考解决方案,并以某阀体类零件的交钥匙工程为例进行了实例验证。     

基于PLC和MCGS的自动供料单元控制系统设计

自动化生产线是一种可以将各种机械加工装置有机结合起来的设备,实现自动供料、加工、装配、分拣的过程。自动供料单元是自动线的第一个单元,对整个自动化生产线提供工件和托盘,由上料单元和落料单元构成。综合运用三菱PLC和MCGS触摸屏,设计了一套自动供料单元系统,可以实现自动的供料。实验结果表明,自动供料运行效果良好。     

基于数字孪生的工业机器人三维可视化监控EI北大核心

为实现对工业机器人的透明、实时可视化监控,提出一种基于数字孪生的工业机器人三维实时可视化监控系统。该系统基于改进的数字孪生系统框架建立机器人数字孪生体,实现了物理单元建模,以及孪生数据的采集、传输与解析,进而同步映射物理单元与虚拟单元,实现了对机器人的三维实时监控。通过采用所开发的原型系统进行验证,证明了所提系统的可行性和有效性。     

基于自动供料系统顺序控制的PLC程序设计

自动化生产线是一种能对产品生产过程实现自动化控制的机器体系,包括自动加工、检测、装卸、运输等设备,广泛应用于工业生产中。自动供料系统作为自动化生产线的起始环节,其能否正常运行对工业生产的影响很大。传统的继电器控制系统设计复杂,对设计经验要求较高。在自动供料系统中使用PLC控制,系统有了极高的灵活性、准确性且运行可靠性显著提高。本文基于PLC设计了一套自动供料单元系统,可以实现自动的供料,并且能够在上料运转的过程当中自动进行监督和控制。实验结果表明,自动供料运行效果良好。设计可应用于实际生产,提高系统可靠性和工作效率。     

视觉伺服抓取系统及其数字孪生系统研究

针对智能制造生产线中的机器人抓取需求,设计了视觉伺服抓取系统;以视觉伺服控制系统为基础,设计并构建了视觉伺服数字孪生系统,实现了数字模型与物理模型的信息同步、互操作以及数字模型对物理模型状态的预测。对于目标物体的不同运动情况制定了3种目标运动状态预测方案,通过数字孪生系统对抓取实验的模拟结果确定使用不同方案的条件,为物理实体的抓取提供最优方案。以NAO机器人为实验平台实现了系统的抓取任务,通过实验验证了方案的有效性。     

基于数字孪生的数控设备互联互通及可视化

全球制造业正在向着智能化、规模化的方向快速发展,但是数控设备之间存在数据接口不统一、设备数据交互困难、现场设备状态监测成本较高等难题。现提出一种基于数字孪生的数控设备互联互通及可视化技术,首先利用三维激光扫描技术构建车间数控设备数字孪生模型,通过OPC UA通讯构架读取数控设备的实时运行数据,并转化格式后存入数据库作为指导虚拟现实引擎的源数据,使用Unity数据驱动引擎去驱动数字孪生模型,从而实现物理模型与数字孪生模型的同步运动。最后,对车间数控设备的生产过程进行了数字孪生技术的实现,验证了所提方案的有效性和正确性,为面向互联互通的数字孪生数控设备提供了技术支持。     

OPC技术在制药系统中的应用

针对药片包衣生产线特点,开发了制药监控系统;采用OPC技术,实现台达PLC与上位机WinCC之间的通信;实际运行表明,所设计的制药监控系统具有自动化程度高、可靠性强和人机交互界面友好等优点。     

智能化生产线的数字孪生设计

文章讨论了如何利用数字孪生软件Tecnomatix进行智能化生产线的研发,利用Tecnomatix软件对研发的生产线中的机器人单元进行离线编程和动作模拟,并进一步对机器人的运动路径进行优化。数字孪生设计技术,不仅可训练自动化技术员的机器人离线编程能力,可以设计出最佳的基于控制逻辑事件驱动的自动生产线的工艺过程,并且还能实现对智能化生产线整体的规划和局部的调试。     

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,为实现微组装生产线数字孪生提供了解决方案。