面向智能制造的刀具全生命周期智能管控技术

智能制造是未来制造业的主攻方向,以航空航天、汽车领域为代表的高端制造装备关乎国防安全和国家经济命脉.复杂多样化的零部件加工对刀具管控提出了更高的要求.刀具作为切削过程中最活跃、状态变化最多的要素,其性能直接影响加工精度和生产效率.大数据时代的到来引领刀具管理模式的变革,制造商、供应商、应用企业对刀具全生命周期数据的需求与日俱增.通过分析刀具管控现状可知,设计制造精准性、寿命预测准确性、刀具管控科学性是亟待解决的核心问题.提出刀具全生命周期智能管控的内涵及关键技术,综述国内外学者在刀具设计制造智能优化、刀具切削过程状态监测和刀具多源数据管理共享方面的研究成果,最后结合刀具管控技术的应用情况对未来的研究方向进行展望.随着智能制造的不断深入,以人工智能、大数据、数字孪生、云计算等现代信息技术为依托的刀具全生命周期智能管控技术,必将推动刀具产业链转型升级.     

数字孪生净水厂运维管控一体化平台关键技术及应用

针对净水厂运维管控过程中信息透明度低、实时性差、缺乏精细化管控等问题,结合数字孪生五维模型,提出基于数字孪生的净水厂运维管控平台架构体系,并对数字孪生净水厂运维管控一体化平台关键技术进行了研究。提出数字孪生净水厂多源异构数据实时采集技术和多层次三维可视化监控模型,以解决三维可视化实时监控问题;提出基于云边协同的数字孪生净水厂控制架构以及基于“机理+智能”双模型驱动的净水厂工艺优化决策框架,并对供取水量预测、加药优化、泵组优化、设备预防性维护等模型进行了探索。最后,设计开发了净水厂运维管控一体化平台,验证了所提模型和方法的有效性,为数字孪生净水厂的实现提供了一定的参考。     

净水厂数字孪生模型构建方法研究与实践

为解决净水厂数字孪生模型构建问题，基于数字孪生五维模型，结合净水厂全流程工艺要求提出全要素数字孪生模型构建方法。通过净水厂多层次多尺度数字孪生几何模型，对净水厂全要素及其关系进行数字化呈现；通过标识解析、数据采集、语义描述和有限状态机行为搭建净水厂数字孪生信息模型，实现物理世界与数字空间的虚实映射和数字化表达；通过“机理+智能”混合驱动搭建净水厂数字孪生决策模型，对净水厂的运行机理和规律进行刻画。基于所提理论和方法设计开发了数字孪生净水厂运维管控一体化平台，为构建净水厂数字孪生模型提供了参考。     

基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法

针对复杂产品装配过程中质量管控时效性差、缺乏预测性等问题,提出基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法。通过构建物理车间、虚拟车间和车间生产管理系统协同工作的质量管控数字孪生模型,实现了装配过程质量数据的采集、分析与反馈,在此基础上利用Markov方法预测质量数据的未来状态。最后搭建了复杂产品装配过程质量管控平台,并通过实例验证了该方法的准确性,为复杂产品装配过程质量管控提供了一种新途径。     

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。     

生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式研究

在分析当前制造企业产品生命周期管理面临的挑战与现有制造服务模式不足的基础上,针对复杂产品生命周期数据呈现的大数据特性,提出一种生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式,并设计了一种体系构架。以产品生命周期为主线,提出并详细阐述了生命周期大数据驱动的智能制造服务新模式的关键技术体系与实现框架,包括制造和运维动态数据驱动的产品与服务设计、实时多源数据驱动的生产过程分析与优化、面向服务的运维数据故障演化分析与预测等。通过上述体系构架及关键技术的实施,可有效促进生命周期各阶段数据和知识的集成应用,进而构建一种产品设计闭环创新、生产过程实时优化、运维服务动态预测的产品生命周期管理与运作机制,以提升全制造流程和全生命周期管理的智能决策能力。所提体系和框架可为生命周期大数据驱动的智能制造服务研究和应用提供一种参考模型。     

重大装备形性一体化数字孪生关键技术

重大装备形态和性能的精准预测与分析是实现其智能化和自主创新的关键技术之一。数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带,可用于在数字世界中建立物理实体材料选择、结构设计、加工制造和运维管理的全生命周期真实镜像。面向重大装备几何形态和结构力学性能,通过分析当前建立数字孪生的需求与难点,提出机理模型与实测数据联合驱动的“算测融合”解决方案;综合考虑孪生模型的时效性与准确性要求,构建重大装备“形性一体化”的数字孪生框架。详细论述当前构建重大装备数字孪生所面临的“算不了”、“算不准”、“算不快”、“测不了”、“测不全”和“测不准”六个具体问题,并给出相关解决方案和关键技术。通过典型案例验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性,为数字孪生在重大装备中的落地应用提供了理论和技术参考。最后,探讨了重大装备数字孪生的未来发展趋势和所面临的进一步挑战。     

基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术

数字孪生是实现物理信息深度融合的一个重要抓手,复杂产品设计和制造信息物理融合是其中最重要的环节,为最终智能制造的落地提供了有效途径。当前,针对数字孪生技术的研究与应用主要集中在车间运行和产品运维等方面,而将数字孪生技术应用于复杂产品设计与制造融合的研究较少。产品设计是智能制造的第一个环节,也是产生数字孪生体的第一个环节,研究基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发对实现后续的智能加工、装配和运维等具有重要影响。为此,分析了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发内涵,提出了基于数字孪生的复杂产品环形设计框架;基于所提出的框架,从需求分析、概念设计、个性化配置设计、虚拟样机、多学科融合设计和数据管理等方面,探索了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发中的关键技术;通过两个典型应用案例,展示了数字孪生关键技术在复杂产品设计制造一体化开发中的应用场景。     

面向数字化工厂的车间智能管控系统总体架构研究

以车间生产、设备、能源、安全环境管理四大需求为出发点，以物联网、云计算、大数据等新兴技术为基础，利用仪表、传感器、 PLC、 SCADA等电控组件实时采集数据，实现对车间运行状态的数字化管控。同步开发移动端应用，用以实现远程运维，节省人力成本。结合3D数字孪生模型，实现对异常设备快速定位排障。自动生成生产物量、设备运行状态、能源消耗等日常报表，对车间总体状况作全面分析，迭代优化，提升效率。     

飞机制造质量保证技术研究

针对当前飞机制造企业信息系统众多、质量信息数据来源不一致、对贯穿飞机研制全生命周期的产品三维数模缺乏相应的质量控制与保证技术等问题,通过分析飞机研制质量形成过程,研究了产品设计、工艺设计、工装准备、生产制造和检验检测各阶段质量保证手段,在此基础上提出飞机制造质量管控框架系统,并对产品模型质量检查和质量数据采集技术进行了初步研究。     

面向化纤行业的物流装备数字孪生系统应用研究

针对当前化纤行业物流装备数字化程度低、装备协同作业易失败、复合作业效率低下、复杂装备故障率高、难以实时采集装备信息数据、难以有效掌握复杂装备生产作业过程、缺乏有效的远程运维手段等问题，通过融合新一代信息技术，建立车间装备的数字孪生系统，使装备生产作业过程可实时查询、控制与溯源，装备生产作业状态及趋势可实时感知、监测与预测，实现对化纤行业装备的数字化升级，并将该系统成功应用于某化纤纺织企业，验证了系统的实用性、可靠性与有效性。     

[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。     

六氟化硫气体集成管理平台的设计与应用

针对电力行业六氟化硫气体管理工作中存在的台账繁杂无法实时查询、气体使用无法实时跟踪记录以及六氟化硫气体用量难以精准计量等问题,设计了一套六氟化硫气体全生命周期管理集成系统。系统由硬件、软件两部分组成:硬件部分可实现气体使用过程中的精准定量计量、获取设备的相关运维数据;软件部分可实现覆盖气体全生命周期的设备-气体全台账集成管控。系统的应用,将有助于六氟化硫气体使用及归口管理单位准确、直观地掌握六氟化硫气体的使用、回收信息,以便及时、恰当地调整设备运维策略,优化气体仓储供应。提出的六氟化硫气体全生命周期管理理念对于节约设备运维成本、减少环境污染等也将起到积极作用。     

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。     

面向“互联网+”定制产品的智能适应性设计研究

在“互联网+”环境下，用户可以深度参与产品的设计、制造和运维等全生命周期过程，对定制产品的个性化需求程度不断提高。随着定制生产的方式在制造业中占比逐渐增加，如何适应互联网上来源广泛、形式各异的客户需求，提高产品定制设计的智能化水平，推动产品生产模式由均质化向定制化转变，成为“互联网+”定制产品设计需要解决的关键问题。为此，总结“互联网+”环境下定制产品适应性设计的基本原理，提出面向“互联网+”定制产品的智能适应性设计架构，阐述该架构涉及到的三项关键技术，包括全生命周期多模态数据统一表征、需求数据驱动的产品功能-行为-结构映射和变更数据驱动的设计更改路径演化与决策。最后以某型号液压机为例，根据互联网定制客户需求对其油箱进行智能适应性设计，证明所提方法的有效性，为“互联网+”定制产品的设计理论发展提供了参考。     

结构工艺样机全流程贯通关键技术研究与应用

实现基于统一三维模型的设计、工艺及制造的全流程贯通,是复杂电子装备结构工艺样机研发模式发展的重要方向.它对于提高研制质量、缩短研发周期、减少设计差错等具有重要的意义.文中分析了复杂电子装备结构工艺研发过程中存在的问题,结合复杂电子装备的研制特点,提出了基于统一模型的复杂电子装备结构工艺数字样机全流程贯通研发新模式,对面...     

数字孪生卫星:概念、关键技术及应用

在分析卫星产业发展趋势与升级转型新需求后,为推动卫星与新技术融合发展,提升大型卫星工程的整体管理水平与流程管控能力,促进卫星产业数字化、网络化、智能化、服务化转型升级,将数字孪生技术与卫星工程的关键环节、关键场景、关键对象紧密结合,探讨提出了数字孪生卫星的概念。为阐述数字孪生卫星内涵,以卫星互联网项目为背景,从空间维度对数字孪生卫星的组成进行了分析,包括数字孪生卫星试验验证系统、数字孪生卫星总装车间、数字孪生卫星产品、数字孪生卫星网络等。从时间维度对数字孪生卫星核心要素,包括模型线程(Model Thread)、数据线程(Data Thread)、服务线程(Service Thread),进行了阐述。在此基础上提出了数字孪生卫星关键技术体系,并结合前期已开展的相关实践工作,从全生命周期视角对数字孪生卫星在卫星总体设计、详细设计、生产制造(含装配、集成与测试)、在轨服务与健康管理、网络运维管理各阶段的应用进行了探讨,以期为未来卫星产业发展,卫星工程和卫星互联网工程建设提供参考。     

数字孪生在制造业中的关键技术及应用研究综述

数字孪生以数字化的形式在产品的生产制造中实现了全过程的动态仿真,覆盖了产品的全生命周期和全产业链,对推动未来智能制造的发展有着重要的意义。基于数字孪生技术在制造业中的应用,梳理了数字孪生的理念,探讨了数字孪生在制造业中的关键技术。对数字孪生在制造领域中的数据优化、质量分析、寿命预测、流程工业、离散工业和数字工厂几个方面的应用进行了综述,并对数字孪生在制造领域中的发展趋势提出预测及展望,可为推动数字孪生技术在未来制造业中的研究和应用提供一定的参考。     

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GIS管道光缆资源方案的设计与实现

为了搭建光缆运维管理系统并使该系统平台真正成为管理通信网络的生产系统,在GIS技术的应用日益成熟的情况下如何实现基础通信资源的数据整合成为该平台能否发挥实际作用的关键。在阐述整套光缆运维管理系统的总体结构和系统主要功能的同时,结合通信企业的生产需求总结并形成了一套行之有效且经济实用的数据整合办法。为应对海量、复杂的光缆数据整理提供便捷、实用、全面的整理服务,在整个过程中实现了合理化、准确性和经济性的有机结合,为实现光缆的规划、设计、建设、运维及再规划的全生命周期循环提供一定的参考。