基于多智能体的数字孪生及其在工业中应用的综述

数字孪生是一种将物理实体数字化的技术,通过建立虚拟的数字孪生模型模拟实际的物理过程,以便进行模拟仿真、数据分析和优化设计等操作.鉴于此,分析数字孪生技术在复杂工业生产中的发展历程和研究现状,并重点讨论其概念、国家相关重点研究的政策,以及数字孪生使能技术在各行业的应用.主要途径是分析和综述基于多智能体的数字孪生、基于数字孪生的设计、制造和运维、数字孪生的集成在智能制造中的应用相关的研究成果.此外,提出高炉连续生产数字孪生方案和大飞机多智能体离散制造方案,高炉模型包括成分场大模型和增量学习小模型,该模型可以为数字孪生在复杂流程工业中的应用提供带有增量补偿的机理与计算机视觉相结合的解决方案.在复杂工业制造中,数字孪生和多智能体技术可以提高生产效率和质量,减少能源消耗和废品产生,同时也能够降低复杂度、安全风险和成本.     

基于数字孪生的呼叫机生产线虚拟调试

为解决传统生产线设计开发周期长、调试成本高、孪生产线与物理产线PLC编程不兼容等问题，以呼叫机生产线为例，提出搭建基于数字孪生的虚拟物理产线进行虚拟调试的方法。基于实际生产需求，设计工序功能组块，根据产品需求可以局部升级并同时完成虚拟调试。整体实现通过西门子NX软件的机电设计概念模块，建立了模块化呼叫机产线的三维数字孪生模型，并结合机械设计、电气控制技术、通信技术于一体，解决料块存在放反、孪生产线与现实物理产线编程同步以及传感指示灯等问题，验证并实现数字孪生技术和模块化结合的呼叫机产线首站送料站的虚拟调试，助推产线智能化进步。     

论析数字孪生体及其在智能化网管中的应用

汽车行业的飞速发展，对于汽车生产制造的质量和效率要求不断提升，数字孪生体在此方面有着积极作用。此次研究基于对数字孪生体的理解以及汽车生产制造相关领域的经验，简要介绍了数字孪生体，并针对其在汽车行业中的应用方式展开探讨，最后，从车辆研发、生产、销售以及售后等多个方面，针对数字孪生体在智能化网管当中的应用对策进行详细分析，并总结提出了数字孪生体在智能化网管中的应用研究要点，对于推动汽车领域发展以及智能化网管的升级有着积极作用。     

基于数字孪生技术的三维智能化系统设计

为了提升三维智能化水平,设计基于数字孪生技术的三维智能化系统。通过现场层管理数字孪生体映射的物理实体与监测对象,为三维智能化系统提供需要的基础数据;感知层利用温度传感器与颜色传感器等,感知现场层管理的物理实体相关数据;数据存储层利用分布式文件与关系型数据库,存储感知的数据;功能层利用数据预处理模块缺失值处理存储的数据;层次化建模模块,依据缺失值处理后的数据,建立物理实体的几何模型与属性模型,融合几何模型与属性模型,得到孪生体模型;孪生体模型驱动单元,利用三维模型驱动方法,驱动孪生体模型,实现物理实体与孪生体的同步映射,得到孪生数据;仿真与预测模块依据孪生数据,可视化监测与分析物理实体的工作状态;通过应用层为用户实时呈现物理实体的动作仿真与实时监控结果。实验证明：该系统可有效感知物理实体的相关数据,建立孪生体模型;该系统可有效实现物理实体的可视化管理,提升三维智能化水平。     

数字孪生在煤矿电网中的应用研究

立足于数字孪生的基本概念和内涵,分析了数字孪生技术在煤矿电网中的应用优势：以同步实体运行状态、数字化模拟运行2种手段来辅助煤矿电网的运行管理,具有数据驱动、实时更新、同步反馈的特点。提出了由煤矿电网物理实体层、煤矿电网数字孪生模型层、用户管理服务层、数据交流层组成的煤矿电网数字孪生体系基本架构,从物理实体、数字孪生模型2个方面探索了煤矿电网数字孪生体系运行模式。介绍了建立煤矿电网数字孪生体系的关键技术：煤矿电网数字孪生模型构建、智能数据采集、基于5G的智能通信、数字孪生智能数据库、数字孪生设备智能管理平台。给出了数字孪生技术在煤矿电网中的具体应用场景,包括煤矿井下电气设备状态评估、煤矿电网故障定位和保护、煤矿电网智能监控、煤矿井下线路智能巡检。将数字孪生技术应用在煤矿电网中,对煤矿电网的状态和运行进行动态仿真建模,一方面可以满足当今规模庞大的煤矿电网相对地面电网更高的运行要求,保障煤矿生产安全性,另一方面可推进煤矿电网的智能化进程,实现数据资源高效合理利用。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

基于数字孪生的产线设备实时监控方法与实现

为推动国家智能制造发展,面向生产过程中设备实时监控困难、透明性差、管控效率低、跨学科交叉情况复杂等问题,融合MBSE思想,提出一种基于数字孪生的产线设备监控方法并实现。首先,提出基于数字孪生的监控方法架构;基于SysML建模语言对产线系统和设备进行统一描述建模,建立结构图和行为图,形成数据模型;通过SysML模型与OPC UA联合,以位移数据和任务数据双通道驱动的方式进行虚实映射,并建立异常报警追溯机制;以仓储系统中核心设备堆垛机为例,构建其SysML模型、数字孪生模型,并以仓储产线实时缓存数据库redis为数据源,通过OPC UA获取并实时更新数据驱动数字孪生模型,实现其三维可视化监控,验证了方法的可行性和实时性     

数字孪生与生产线仿真技术研究

随着新一代信息技术与制造技术的深度融合,仿真技术正向着信息系统与物理系统深度融合和高效协同的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点.为探索采用新一代信息技术促进离散制造行业数字化转型升级,从仿真技术的发展脉络和应用场景入手,引入基于数字孪生技术开展生产线仿真分析的研究,介绍了数字孪生技术的概念和内涵,...     

利用现场总线技术，改造制丝电控系统

烟丝加工，是卷烟制造的一道重要工序。成品烟丝的优劣，决定了香烟的内在质量，因此卷烟企业围绕烟丝加工工艺，不断的进行改进，降低烟草有害物质，提高产品质量，增强产品的市场竞争能力。根据目前烟草制丝工艺的发展，我厂决定采用片烟生产，需要对制丝生产线进行改造。我厂制丝生产线，是1998年进行的全线改造，原电气控制系统采用传统的基于电缆布线的PLC控制，     

数字孪生虚拟制衣平台的设计

本文针对传统制衣行业存在的服装设计流程复杂、打板制样步骤繁琐、生产线无法满足定制化生产需求等问题,提出基于数字孪生的虚拟制衣平台。该平台基于数字化虚拟仿真设计,使用量体数据完成定制化服装生产。参数化设计系统获取量体数据,结合款式面料和辅料系统,根据人体尺寸进行参数化制版,形成定制化智能样版;根据智能制版进行排料裁剪缝制等工序,能够实现大部分传统制衣流程,可有效降低服装行业的时间成本和经济成本,提高服装设计、打板、试产的效率。可实现从人体尺寸获取、在线下单,到服装尺寸优化、面料制版裁剪,最后到生产线缝制的全生命周期智能化,实现服装定制行业的智能制造。     

基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统研究

电网数字化建设管理将成为电力行业的发展趋势,作为电网输变电工程建设的重要组成部分,角钢塔智能化运维变得越发重要。为监测角钢塔的健康状况,实现角铁塔巡检等高空危险作业,提高工作效率,研究和开发角钢塔攀爬机器人具有重要意义。数字孪生是面向工业物联网的智能化应用,是连接物理世界与信息世界的桥梁与纽带,在角钢塔攀爬机器人的建模开发、智能作业、人机交互等多方面提供更加实时、智能、高效的服务。因此,为了给研究和开发角钢塔攀爬机器人提供一种新的方法,提出了基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统理论架构,实现了角钢塔攀爬机器人数字孪生模型与物理实体之间的虚实映射与实时交互,并构建了数字化的角钢塔攀爬机器人系统平台。     

四川省数字孪生流域知识图谱的设计与实现

为解决水利信息资源管理分散、利用率低、缺乏统一整合和关联应用等问题,满足数字孪生流域建设中知识平台的构建需求,以数字孪生流域建设的数据底板为基础,依托自顶向下和自底向上相结合的方法,通过总体框架设计,基于BERT-BiLSTM-CRF命名实体识别、Transformer模型的关系抽取、Neo4j的存储和可视化展示完成知识图谱的搭建,并基于知识图谱建设性构建智能问答系统,为四川省数字孪生流域物理流域的全映射提供支撑,实现知识的可视化表达、精准查询与智能推荐,为四川省河湖智能管理提供知识性参考。     

数字孪生技术在烟丝库的应用研究与实现

为了探讨数字孪生技术在卷烟生产车间的应用情况,以某卷烟厂烟丝库为研究对象,分析了传统烟丝库的生产特点。采用数字孪生技术,建立了工艺流程的数字模型,打造了数字化库区、可视化物流、智能化设备管理等平台。通过在数字空间对烟丝库工艺流程进行仿真,构建一种虚实结合的实时监控与在线反馈信息框架,在业务上实现可视化、透明化管理,减少了故障次数和处理时间,提高了烟丝库的运行效率,保障了产品工艺质量。该技术能够提高生产效率,可为成品卷烟物流仓储智能化管理提供指导借鉴。     

工业互联网支持下的数字孪生车间

随着信息时代的发展,数字孪生技术已成为实现智能制造的方法之一。首先说明了数字孪生的产生背景,数字孪生技术是实现信息空间和物理空间信息数据融合的重要方法、手段。接着从模型、数据、应用等不同方面,对智能车间数字孪生技术进行了探讨,同时比对了不同公司对数字孪生技术在车间应用的侧重点。通过比较智能车间相关概念,得出了数字孪生车间是一种新的车间运行模式,其关键问题是实时数据传输。工业互联网是一种将人、数据和设备等连接起来的网络技术,通过物联网等技术可以实现实时数据传输。分析了工业互联网技术的发展及工业互联网技术对实现数字孪生车间的技术支持,最后对数字孪生技术的发展进行了展望。随着数字孪生技术在车间中的运用,数字孪生车间必将成为未来智能车间的一种重要的实现方式。     

基于RBF神经网络的制丝生产线仿真模型

烟草生产企业的制丝生产线是烟草生产企业最重要的环节,也是一个复杂的非线性系统,制丝生产线的好坏直接决定了卷烟质量。为了解决制丝生产线参数调节问题、提高生产质量,需要对制丝生产线进行仿真研究。现今在国内还没有对其进行过建模分析。文章结合制丝生产线的实际情况,提出了引入反馈和延时的RBF神经网络网络模型制丝生产线仿真模型,并以制丝生产线中的加料机模型进行仿真,取得了良好的效果。     

基于数字孪生的智能车间系统仿真加速测试方法

为解决当前制造系统软件可靠性仿真测试时间长、测试环境难以搭建等问题,提出采用数字孪生技术与智能车间系统仿真加速测试相结合的方法;建立智能车间高保真数字孪生模型替代现实生产车间系统用于制造系统软件的可靠性仿真测试,首先要构建包含产品、设备资源、工艺流程等系统级仿真模型;同时,为仿真车间生产事件流程,在模型中,还需结合生产实际情况,设置设备间通信协议、通信数据以及生产线事件及队列顺序,真实模拟系统运行环境;通过构建步进电机产线数字孪生模型,仿真加工装配流程,运行智能车间系统软件,采用仿真时钟推进机制开展加速测试,验证了该方法的有效性和实用性,对开展工业系统软件高保真快速测试评估具有一定的借鉴意义。     

基于数字孪生技术的自动化微电子生产线智能控制研究

以提升微电子生产质量,缩减生产周期,研究基于数字孪生技术的自动化微电子生产线智能控制方法。建立自动化微电子生产线智能控制框架,利用传感器采集生产线生产状态和运行信号数据,经数据预处理后,利用映射字典生成微电子生产线的三维虚拟模型,结合多范围生产数据获取生产线数字孪生体,孪生体根据遗传算法计算出最佳投料和工件调节的最佳组合方案,保证生产线瓶颈设备不会产生空闲状态和拥堵情况,达到生产线输出率最高,实现微电子生产线智能控制。实验表明：该方法可实现物理生产线数据到虚拟生产线的实时映射,实现虚实数据统一,可提高微电子生产质量,缩减生产周期,降低生产成本,促进现代工业智能化发展。     

火箭飞行过程数字孪生系统架构与应用研究

首先介绍了数字孪生技术的发展与现状，明确了火箭飞行数字孪生体的内涵，并提出了一种运载火箭飞行过程数字孪生系统，介绍了系统的组成架构和关键技术，展望了该系统的应用场景。基于运载火箭飞行过程数字孪生系统，可以在地面利用高速计算资源和海量数据资源，通过与真实火箭的数据交互，实现对火箭飞行全过程的跟踪映射、故障诊断、预示评估和智能决策，全面提升火箭的智能化健康管理水平，提高运载火箭的飞行可靠性。     

基于LabVIEW和MATLAB的数字孪生供热系统平台的设计与仿真

数字孪生技术充分利用物理结构、传感器更新、设备运行历史等数据通过集成多领域、多物理量、多可能性的模拟过程，在虚拟空间中进行镜像，以此表达相对应的实物装置的整个生命周期过程。从智慧供热的发展历史来看，依托现代工业系统理念，提出了基于"数字孪生"的智能供热系统结构。首先介绍了数字孪生的基本结构，给出了数字孪生的构建方式基于虚拟仪器Labview的大数据采集、处理、归档、仿真；然后以采集的数据为基础，得到供热系统的孪生模型，叙述了数字孪生技术解决的关键问题；最后，通过Labview仿真平台调用Matlab中神经网络智能算法，得到基于大数据采集以及经过智能算法优化后的参数，同时系统将参数反馈给物理实体设备，从而完成孪生模型的仿真、优化、反馈过程。通过热网系统优化仿真案例验证了Labview和Matlab混合编程在建立的孪生供热平台上、应用的有效性。     

数字孪生驱动的火箭控制系统故障诊断研究综述

在第四次工业革命中,智能制造成为各国工业发展的重点方向,数字孪生技术作为一项新兴技术,能够有效实现物理信息的融合;将其应用于火箭控制系统的故障诊断和健康管理,能够进一步提高故障诊断的事前准确性,提升火箭发射的可靠性;本文对数字孪生技术在航天领域的研究现状进行归纳整理;首先梳理了NASA的数字孪生目标,国内领域按照设计、生产、支持服务阶段对数字孪生应用进行分类;其次,按照故障树、专家系统、神经网络、数据驱动的方法阐述控制系统故障诊断的研究现状;在介绍数字孪生驱动的健康管理方法的基础上,提出数字孪生驱动的火箭控制系统的故障诊断方法;详细介绍其基本组成框架,分析关键技术及应用难点,并提出数字孪生健康管理平台的基本流程;该方法预期实现火箭控制系统的事前诊断和维修策略的制定