高铁智能化接触网腕臂柔性预配平台设计开发与应用研究

高铁建设接触网施工的要求和规范越来越高，亟需自动化和智能化水平高的智能装备研发和投入使用。本文介绍了腕臂预配施工现状和腕臂零件类型，腕臂柔性预配平台的结构功能、工艺流程和控制系统的软硬件部分进行了详细的设计开发。已交付的两台腕臂柔性预配平台在高铁施工现场投入使用，提升高铁建设配套智能装备的自动化和智能化水平。     

基于智能化接触网铝腕臂预配平台技术开发研究

腕臂预配是高铁线路建设过程中十分重要的环节,预配工艺、尺寸精度、表面质量等要求十分严格,生产管理、劳动强度、施工标准、生产成本等因素也逐渐显得重要。目前腕臂预配的自动化和智能化水平发展依然不对称,虽然许多施工单位和装备设计单位不断尝试,均是以人工辅助平台和半自动化为主,并没有适应高铁快速发展的需求。中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司经过研发,开发了一条智能化接触网腕臂预配中心。     

基于数字孪生的柔性线状态监测与分析系统

随着智能制造的发展，数字孪生技术在制造业中的应用逐步深化，可以用于复杂设备的运行监测。为实现柔性生产线的三维可视化与加工过程监控，同时指导用户对生产过程进行管理和预测，设计开发了一种基于数字孪生的柔性生产线状态监测系统。该系统的基本架构包括数据保障层、建模计算层、数字孪生功能层、用户空间层，保障了系统的功能性、时效性、可操作性等。同时从几何模型、行为模型、数据模型三个维度构建了数字孪生系统模型，实现了动作特征虚实融合一致性和工艺数据与质量数据采集。以某柔性生产线为例进行实验测试与分析，系统可以与实际柔性生产线正常通讯并对数据做出响应，且延迟均值为131.1 ms，可见虚拟映射与现实状况保持高度一致，验证了该方法的可行性。     

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。     

基于数字孪生技术的智能生产线应用探索

随着工业互联网的蓬勃发展,在新型工业信息系统和工业智能技术的推动下,生产线正向着物理空间与信息空间实时交互融合的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点。针对数字孪生技术的概念研究、工业生产领域中的应用发展、智能生产线应用领域的参考架构与关键技术及其相关研究进展进行了梳理和探讨。归纳和总结了数字孪生技术在智能生产线中的主要应用,阐述了数字孪生技术在智能生产线领域的相关研究和应用进展,并对数字孪生技术在智能生产线应用领域中的未来趋势提出展望和预测,为离散制造企业推进生产线全生命周期管理与数字化转型升级,实现柔性化的智能制造提供一定指导和启示。     

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。     

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。     

面向生产线仿真的数字孪生逻辑模型构建方法

生产线仿真是保证生产设计方案正确、合理、高效的前提,其中对生产线逻辑的正确性仿真最为关键.为实现基于数字孪生的生产线仿真技术,提出面向生产线仿真的数字孪生逻辑模型构建方法.首先提出生产线仿真系统组成架构,然后从几何、物理、生产行为、仿真规则4个维度阐述数字孪生逻辑模型的构建方法,详细介绍几何属性、物理属性的定义方法,采...     

高铁车厢柔性预装配平台设计研究

针对高铁车厢预装配不可重用、柔性差及自动化程度低等问题,对高铁柔性预装配进行了研究,提出了由内外龙门及相应的机械手组成的预装配平台,内龙门机械手通过外龙门机械手提供动力实现了位置移动及装配点的定位。通过开发基于台达触摸屏和PLC分布式控制系统,实现了PLC控制程序和人机界面软件相结合的柔性预装配控制。通过上位机软件的规划及管理最终实现了预装配过程的自动化及智能化。现场试验结果表明,该系统实现了真实模拟车厢装配环境、准确定位车厢内关键零部件的位置,根据车厢情况灵活配置实现了柔性装配等多项功能,具有一定的实用性及推广价值。     

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。     

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。     

基于Libra R-CNN方法的高铁接触网腕臂管帽检测

由于列车长期高速运行,接触网腕臂会发生管帽脱落的现象。没有管帽的保护,腕臂容易进入杂物,从而引起腕臂的锈蚀、结构失稳等问题,影响铁路的安全运行。目前,铁路局主要采用图像监测结合人工查看的方法检查管帽脱落与否。该方法不仅效率较低,而且工作量巨大。针对管帽对象较小、管帽样本不均衡和管帽数据集较小等问题,依据计算机视觉理论,使用基于目标检测模型的方法,并结合迁移学习技术,进行管帽脱落的识别,可以显著提高管帽脱落的检测效率。通过试验调整R-CNN架构的结构,选择合适的预训练模型,改变主干网络的训练模式,选择最优的检测模型。最终,结合COCO预训练模型的Libra R-CNN方法在测试集上取得最好的效果,mAP@0.7达到了98.2%,具有实际工程意义和应用前景。     

我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式探讨

分析了我国高铁装备行业面临的现实问题,重点探讨了我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式,强调以点到面,全面实现高铁装备柔性自动化生产线的建设,为轨道交通装备制造业的柔性自动化生产线的建设提供建议和参考。     

基于车厢轮廓离散法的高铁自动化柔性预装配技术研究

高铁车厢的预装配试验是高铁制造工艺链中的一个重要环节,现有的试验方法存在着生产成本高、重复利用率低的问题。基于对车厢结构特征及装配需求的分析,提出一种高铁车厢轮廓的离散表示方法,并研制了一套成本低、自动化程度高、驱动机构与执行机构分离的柔性预装配实验系统。样机试验表明,该系统可大幅降低高铁车厢预装配实验成本,提高预装配的精度及效率。     

高铁接触网吊弦标定装备系统研究

针对高铁接触网吊弦标定施工机械化、智能化的作业要求,设计了一款吊弦标定施工装备,能够完成不同跨度吊弦安装位置的连续标定、接触网几何参数的自动测量.介绍了设备系统设计、系统组成、软件组成及外场功能试验等.试验数据表明:综合定位测距方案所有测试数据均小于±20 mm的定位精度要求,选取关键点腕臂定位器中心处接触线参数(导高和拉出值)检测数据误差均小于±5 mm,优于±10 mm的测量精度要求.     

数字孪生标准体系

数字孪生(Digital Twin)作为实现数字化、智能化、服务化等先进理念的重要使能技术,当前备受学术界和工业界关注,如何在各领域落地应用更是关注的重点。但在数字孪生理论研究与落地应用过程中,发现缺乏数字孪生相关术语、系统架构、适用准则等标准的参考,导致不同用户对数字孪生的理解与认识存在差异;缺乏数字孪生相关模型、数据、连接与集成、服务等标准的参考,导致模型间、数据间、模型与数据间集成难、一致性差等问题,造成新的孤岛;缺乏相关适用准则、实施要求、工具和平台等标准的参考,造成用户或企业不知如何使用数字孪生。为解决上述问题,亟需数字孪生相关标准来参考和指导。因此,首先从数字孪生概念的理解与沟通、关键技术研究与实施、行业落地应用3个角度对数字孪生标准的需求进行了分析。在此基础上,结合前期提出的数字孪生五维模型,与国内本领域相关标准技术委员会及应用企业(包括机床、卫星、发动机、工程机械装备等行业)共同建立了一套数字孪生标准体系架构。该标准体系主要由数字孪生基础共性标准、关键技术标准、工具/平台标准、测评标准、安全标准、行业应用标准6部分构成,期望相关工作能为数字孪生标准研究与制定人员提供参考,同时为数字孪生落地应用提供指导。     

接触网作业车用升降旋转作业平台开发研讨

随着我国高速铁路的迅速发展,迫切需要一种安装在轨道车上,将人员和设备运送至高空,对高铁线路接触网、承力索等设施进行维修的升降旋转作业平台。提出了这种适用于高铁接触网以及基础设施维修的升降旋转作业平台,详细的介绍了升降旋转作业平台的研制过程和主要性能参数。     

基于数字孪生的智能车间管控

针对目前智能车间存在的管理效率低、精准决策难等问题,设计了基于数字孪生智能车间的体系架构,开展了智能车间管控平台应用建设,提出了实时汇数据、智能找问题、精准做决策的生产管控设计理念,解决了数据多端多维度展示、三维场景联动、KPI看板监控业务管理、实时在线异常报警等问题。最后以企业刀具环节基于数字孪生智能车间应用为案例,展开数字孪生技术在智能车间管控平台的实践验证。     

基于Automation Studio的自动化生产线数字孪生系统的设计与研究

以YL-335B自动化生产线供料单元作为物理实体,选择Automation Studio作为数字孪生系统开发平台。首先在Automation Studio软件平台中导入YL-335B自动化生产线供料单元3D模型,完成供料单元气动回路的设计及电气控制设计,然后软件内系统集成进行供料单元数字孪生系统的功能仿真,正确地实现了供料单元数字孪生系统工作装置的动作,最后采用OPC UA作为模块之间的标准接口,通过OPC UA服务器建立Automation Studio与TIA Portal V16之间的OPC UA通信连接,实现供料单元数字孪生虚拟系统与供料单元实体PLC 1200之间的软硬件通信,通过供料单元数字虚体与供料单元物理实体之间的交互试验,验证了该设计的正确性。     

高速铁路接触网支柱组立智能装备研究

在高速铁路的发展过程中,接触网支柱组立一直是建设过程中一个基础性的关键环节,本文主要介绍基于视觉引导系统的机械臂自动对位技术和重载机械臂多自由度控制等关键技术的接触网支柱组立智能装备,并在京雄高铁雄安段对支柱组立装备样机进行了测试,各项技术性能指标满足技术设计要求,提高了接触网支柱组立施工的安全和效率.