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。     

数字孪生驱动的连铸辊健康监测与组装优化框架

连铸辊在服役周期内存在难以追溯、故障诊断困难、剩余寿命难预测及运维成本高等问题。为了提高连铸辊运维水平，充分利用连铸辊的服役寿命，提出了一种数字孪生驱动的连铸辊健康监测与组装优化方法。构建了基于数字孪生的连铸辊健康监测与组装优化系统架构，基于三维孪生模型的连铸辊可视化监控与追溯，实现了连铸辊在线运行三维可视化监控与服役周期内的跟踪追溯；利用孪生数据，建立了复杂工况下的连铸辊剩余寿命预测模型；基于等寿命思想与启发智能算法进行连铸辊组装优化。最后，设计开发了连铸辊健康监测与组装优化原型系统，验证了框架的有效性与可行性。     

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...     

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。     

环形穿梭车数字孪生系统可视化场景的搭建与实现

基于数字孪生理论搭建环形穿梭车数字孪生系统可视化模场景。从多角度对环形穿梭车进行物理结构、动作逻辑、运行数据上的分析，并使用模型编辑程序、模型驱动程序等工具搭建了一个同步于环形穿梭车物理实体的虚拟映射孪生体。通过对实时采集的环形穿梭车运行数据进行分析处理，实现对环形穿梭车系统的数字化监控和运维。     

基于数字孪生的铣刀状态实时监控EI北大核心

针对机械加工过程中面临的制造过程不稳定、数据时效性差、实时监控可视化效果弱等问题,本着“虚实结合、以虚控实”的总体思想,提出基于数字孪生的铣刀状态实时监控方法,构建了物理空间和虚拟空间共生互控的数字孪生体。首先,搭建了基于数字孪生五维模型的铣刀状态监控系统结构模型,明确了五层系统架构的组成部分;其次,分别阐述了实现孪生系统框架的3个关键技术,即数控机床的数字空间搭建、多源异构数据的传输及管理、数字孪生驱动的铣刀状态监测;最后,以某薄壁件铣削加工过程为应用案例,验证了该监控方法的可行性与有效性,并为全面管控高档数控机床加工过程提供了一种新途径和新思路。     

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。     

堆垛机的数字孪生系统可视化模型搭建与实现

应用数字孪生理论搭建堆垛机数字孪生系统可视化模型.从多个维度对设备结构、运行原理、关键参数等进行分析,在此基础上使用SOLIDWORKS、3Dmax、unity3D等工具搭建了一个依托于堆垛机物理实体的虚拟映射孪生体,并通过实时数据采集和数据分析处理,实现对堆垛机系统的多层次监控与运维.     

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。     

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。     

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。     

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。提出了一种知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法,可以在加工过程中自适应地构建产品数字孪生模型。该模型可根据加工过程自适应的变化,实时表达加工过程中的产品,为数字孪生决策系统提供数据支持。最后在一个航天零件的加工过程中测试了该方法,验证数字孪生拟态模型在加工中应用的可行性。     

基于数字孪生的配送管理系统研究

为提升货物配送的全生命周期管理和配送过程的服务优化,将数字孪生理念融入配送管理,提出和研究了基于数字孪生理念的配送管理系统;分析了系统的应用需求,建立了系统的架构和功能结构,提出了配送过程数字孪生体的构建内容与方法,并设计构建了配送过程的基本数字孪生体、装箱规划的数字孪生体模型和配送过程优化的数字孪生体模型,建立了面向数字孪生模型的装箱方案和交互调整方法,形成动态交互的基于数字孪生的动态装箱布局方法。开发实现了一种原型系统,以配送实例演示了数字孪生配送管理系统的功能,证明该系统能够提升装箱效果并合理地优化配送过程。     

基于GSM的直饮水机远程网络化控制平台设计

针对直饮水机普遍存在的饮用水水质安全隐患、不易管理等问题,提出了一种基于GSM和Internet的直饮水机远程网络化控制平台的设计方案.分别设计了上位机模块、通信模块和下位机模块,设计了一种网站形式的信息交互平台,实现了可视化和人性化的操作与信息反馈;充分发挥了GSM和Internet网络两种通信手段的优势,通过采用短消息与网络通信相结合的信息传输方式,实现了信息的远程传递;根据双频电导率测定法原理,设计了一种基于CS5460A测量芯片的可集成饮用水水质检测模块,结合下位机各子模块的设计,实现了对直饮水机的水质监测与自动控制功能.研究结果表明,直饮水机远程网络化控制平台可方便地实现对直饮水机的水质监测、预警、实时维护、信息管理和远程控制等功能,确保直饮水机的饮用水水质安全.     

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。     

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。