数字孪生在制造业中的应用研究综述

数字孪生(digital twin)作为一种全新的信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)技术,一直备受各行各业关注。近年来,随着物联网、新型传感器和5G等新技术在传统制造业中的应用,数字孪生驱动的智能制造模式的落地应用进程也不断加快。首先回顾了数字孪生的产生背景和概念演化。在此基础上,总结了数字孪生在制造业多个领域中的应用现状。最后阐述了其在制造业的应用趋势。     

智能制造中的数字孪生技术

数字孪生是从数字化技术发展演变而来,成为智能制造中热点话题,但目前还存在对数字孪生模糊甚至不同的看法。文章对比分析了人类的意识空间和计算机组成的虚拟空间在制造领域相互关系,从产品的全生命周期来研究数字化对制造业带来的技术变革,探讨数字孪生技术在智能制造中的地位和作用,并展望了数字孪生技术的发展。     

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。     

智能制造领域的数字孪生技术研究可视化知识图谱分析

近年来智能制造已成为制造业未来发展的重要方向,作为践行智能制造理念与目标的数字孪生技术,为解决智能制造过程中的信息物理融合难题提供了有效手段,受到世界各国的广泛关注。为全面解析数字孪生技术在智能制造领域的研究动态和发展趋势,检索Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)数据库的数据源,采用Citespace5.7软件梳理了2011～2021年发表的国内外相关文献,绘制出科学知识图谱,并从文献特征、科研合作、研究热点及前沿分析等不同维度进行定性与定量分析。最后从技术层面和应用层面两个角度预测数字孪生技术在智能制造领域的发展趋势。     

工业数字孪生系统的概念、系统结构与运行模式

数字孪生的理念与技术最初在制造业形成,随着建模仿真与控制技术的进步,以及新一代信息技术的发展,数字孪生在城市、农业、建筑等10余领域、50多个方向快速推广,这一理念目前已成为这些领域的前沿与热点方向.在对比不同类别的数字孪生系统的关键问题、主要应用场景、关键技术和数据来源等基础上,提出了工业数字孪生系统(iDTS)的概念,总结了iDTS的典型特点,包括以人为中心、"人-机-环境"相互融合、系统高保真度和孪生模型复杂性;iD T S通过由物理层、感知层、孪生层、应用层和控制层组成的系统结构来支撑系统的运行;在此基础上,提出了一个四阶段的iDTS成熟度模型,并分别定义了以仿真为主和以控制为主的iDTS.最后,结合具体工业应用场景,分析了本地化配置的运行模式、基于"云-端"的运行模式、基于"云-边-端"的运行模式和基于分布式计算的运行模式4种iDTS的运行模式,并通过典型案例描述了不同iDTS的运行模式.     

数字孪生技术关键应用及方法研究

为构建信息物理网络系统(Cyber-Physical System,CPS),数据孪生技术作作为新的数字化关键技术已经应用到了与工业4.0相关的智能制造领域中。通过将物理实体或流程转化为准实时的数字化镜像,实现对生产全流程的模拟分析。首先,根据数据孪生理论的发展过程及目前的应用现状,明确了数字孪生技术应用的两个关键方向。其次,在对不同应用情景的研究下,创建数字孪生的方法以及所需的功能特性。并且,提出了在数据孪生技术驱动下,将传统的预测性维护方法由被动响应转型为主动服务的转变过程,为中国制造业由"生产型制造"向"服务型制造"转变提供支撑。     

基于数字孪生的智能制造技术应用研究

随着“中国制造2025”的推进,智能制造技术遍布各行各业,如大数据、人工智能(Arti?cial Intelligence,AI)、云计算和虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术等,早已与人们的生活密不可分。同时,世界各国也从国际层面出发指出,需要对制造技术进行变革,核心目标之一是物理信息系统(Caber-Physical System,CPS),提出物理实体与虚拟模型集成建设新型工厂。西方的先进技术影响了大多数相关制造业,但仅仅处于理论研究阶段。因此,基于数字孪生及其在智能制造中的应用进行介绍,并对这项技术的应用领域如工业生产和数字孪生车间进行分析,归纳了数字孪生技术在其发展中存在的问题,并展望了其发展前景。     

面向服务的智能制造

新一代信息技术(如物联网、大数据、云计算、数字孪生等)与制造的融合发展,促使各制造强国纷纷出台各自的先进制造发展战略,如美国的"工业互联网"和德国的"工业4.0"等。同时,在"制造强国"和"网络强国"大战略背景下,我国也先后出台"中国制造2025"和"互联网+"等制造业国家发展实施战略。其共同主题之一是结合和使用新一代信息技术和人工智能技术,实现制造的物理世界和信息世界互联互通与融合,最终实现智能制造。同时,服务也被各制造强国共同列为实现智能制造的关键技术内容之一。智能服务已成为产业模式变革的核心,制造业的服务化趋势日益凸显。在分析总结智能制造的发展趋势和典型特征基础上,结合新一代信息技术与服务的思想,探索提出了面向服务的智能制造(Service-oriented smart manufacturing,SoSM),设计了SoSM的实施架构,讨论了SoSM的内涵、关键实施技术与未来研究方向。     

专辑征稿

正随着数字技术的快速发展,移动互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术的广泛应用。为交流我国智能制造服务领域的最新研究成果,探讨智能制造服务的发展方向和趋势,促进我国智能制造服务的快速发展和落地应用,《中国机械工程》编辑部决定于2019年10月出版"数据驱动的智能制造服务"专辑(正刊)。现广泛征集数字孪生、工业大数据、智能制造服务相关理论、方法、技术和应用的论文,欢迎全国从     

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。     

高质、高效、安全的智能制造 第十七届“工业自动化与标准化”研讨会成功召开

正2018年5月23-24日,由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)秘书处主办、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所(仪综所)承办、中国仪器仪表行业协会现场总线专业委员会协办、国际电工委员会测量控制和自动化技术委员会(IEC/TC65)支持的第十七届"工业自动化与标准化"研讨会在北京成功召开。本届研讨会以"高质、高效、安全的智能制造"为主题,立足于解决我国制造业的瓶颈问题,精选国内外优质解决方案,深入探讨新一代信息技术、人工智能     

数字孪生机床的内涵、体系架构及关键技术

为了在智能制造大背景下充分利用新一代信息技术促进机床智能化升级,实现机床高质量发展,详细阐述了数字孪生机床的内涵和体系架构,在此基础上给出数据感知与融合、机理—数据—知识混合驱动的数字孪生模型构建与虚实同步、多层级参数动态优化与协同调控3项数字孪生机床关键技术;最后,给出数字孪生机床的工程案例,为数字孪生技术赋能机床智能化研究奠定了基础,推动了机床智能化发展。     

基于虚拟现实的数字孪生车间集成管控系统框架

随着世界各国相继提出各自国家层面的制造业发展战略,虚实融合的智能化制造成为了新目标,导致传统的管控方式无法满足新的需求.数字孪生的出现,恰好可以解决此问题.基于此,根据数字孪生的技术内涵和相关文献资料,针对数字化车间的转型升级,提出数字孪生车间集成管控系统框架,并在实际项目中得以验证.     

数字孪生连接交互理论与关键技术

数字孪生作为实现信息物理融合的重要使能技术，备受各行各业广泛关注。基于虚实交互和数模驱动，数字孪生能满足仿真(以虚映实)、控制(以虚控实)、预测(以虚预实)、优化(以虚优实)等应用服务需求，其中连接与交互是实现数字孪生动态运行和虚实空间高效融合的核心关键。针对数字孪生连接交互如何理解与实现的问题，首先从内外两层阐述了数字孪生连接交互内涵，进而提出“准确—实时—一致—安全—可靠”连接交互准则。在此基础上，从“感知—通信—映射—联动—融合”五方面探索建立了一套数字孪生连接交互理论体系，分析了数字孪生连接交互关键技术。基于数字孪生连接交互理论与方法研究，结合笔者前期在物理实体、数字孪生模型、数字孪生数据和服务的相关研究工作基础，进一步探究并丰富了数字孪生五维模型理论体系，以期为数字孪生的理论研究和应用落地提供系列理论和方法参考。     

2012全国嵌入式仪表与系统技术会议——高性能嵌入式系统与智能装备专家论坛征文通知

2012年10月为了推进嵌入式系统在仪器仪表行业的应用,及先进制造技术、信息技术和智能技术在智能装备产品上的集成和融合,促进制造业的智能化、数字化和网络化的发展,中国仪器仪表学会嵌入式仪表与系统技术分会将于2012年在安徽省芜湖市安徽工程大学举行2012全国嵌入式仪表与系统技术会议。本次是第四届,主题为"高性     

2012全国嵌入式仪表与系统技术会议——高性能嵌入式系统与智能装备专家论坛征文通知

2012年10月为了推进嵌入式系统在仪器仪表行业的应用,及先进制造技术、信息技术和智能技术在智能装备产品上的集成和融合,促进制造业的智能化、数字化和网络化的发展,中国仪器仪表学会嵌入式仪表与系统技术分会将于2012年在安徽省芜湖市安徽工程大学举行2012全国嵌入式仪表与系统技术会议。本次是第四届,主题为"高性     

基于文献计量的数字孪生研究进展分析

伴随物联网技术、云计算及机器学习等新一代信息技术的迅速发展,数字孪生技术已逐渐成为新的研究热点。基于文献计量法,对1994年以来全球486篇数字孪生相关论文的研究领域、国家与地区、论文发布期刊、关键词、研究作者及高被引论文等模块展开详细分析。结果表明,数字孪生作为一个新的研究课题,其技术挖掘性强,已在制造工程、计算机科学及电子工程等领域得到了广泛应用。在智能制造刚性需求的驱动下,数字孪生技术在未来具有非常好的理论研究和技术应用前景。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于文献计量的数字孪生研究进展分析

伴随物联网技术、云计算及机器学习等新一代信息技术的迅速发展,数字孪生技术已逐渐成为新的研究热点。基于文献计量法,对1994年以来全球486篇数字孪生相关论文的研究领域、国家与地区、论文发布期刊、关键词、研究作者及高被引论文等模块展开详细分析。结果表明,数字孪生作为一个新的研究课题,其技术挖掘性强,已在制造工程、计算机科学及电子工程等领域得到了广泛应用。在智能制造刚性需求的驱动下,数字孪生技术在未来具有非常好的理论研究和技术应用前景。     

2012全国嵌入式仪表与系统技术会议——高性能嵌入式系统与智能装备专家论坛征文通知

2012年10月为了推进嵌入式系统在仪器仪表行业的应用,及先进制造技术、信息技术和智能技术在智能装备产品上的集成和融合,促进制造业的智能化、数字化和网络化的发展,中国仪器仪表学会嵌入式仪表与系统技术分会将于     

数字孪生技术在产品生命周期中的应用与展望

数字孪生的出现为产品全生命周期管理理念的实现提供了新的思路和途径。为探索数字孪生在产品生命周期各阶段的应用模式,从"面向对象"与"面向过程"两个角度阐述了数字孪生的含义,给出了基于数字孪生的产品生命周期的内涵,在此基础上分析了数字孪生在产品研发、制造、维护、报废等产品生命周期各阶段典型场景中的应用方式,总结了数字孪生体的全生命周期,并指出了基于数据的制造这一可能的未来制造模式和数字孪生体的发展方向。