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。     

面向数字孪生的车间运行三维实时监控系统

为解决自动化生产车间生产运行过程和生产信息实时可视化程度低、设备数据采集困难等问题,研究了数字孪生技术和OPC UA技术在车间三维实时可视化方面的应用。首先,以搭建数字孪生车间为基础,完成了三维实时监控系统总体框架的设计,并确定了其关键运行流程和技术路线。然后,对实现该系统的4项关键技术,即车间设备孪生体建模及虚拟车间的构建、基于OPC UA技术的车间多源异构数据采集和传输方式、虚实车间同步运行,以及生产加工数据的实时可视化进行了详细阐述。最后,通过设计开发了某印章生产线的三维实时监控系统,以实时数据驱动孪生车间运行的方式,完成了对物理车间生产过程在三维场景中全方位、任意距离的实时监控。并对采集的实时数据进行分析、处理和计算,实现了车间中设备使用率、产品合格率和库存状况等生产信息动态可视化,验证了该监控系统的可行性和有效性。     

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。     

基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测EI北大核心

针对机械加工车间能耗规律复杂、设备状态时变性强导致能效实时全面监测困难的问题,提出一种基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测方法。通过分析机械加工车间的多源能耗特性,建立机械加工车间多级能效监测指标体系;提出机械加工车间多源异构数据的获取方法,并构建事件与实时数据驱动的机械加工车间实时映射模型;基于碰撞检测与布尔运算的物理模型动态判别机床运行状态,进而获得基于数字孪生的机械加工车间多级能效监测方法。以某机床企业机械加工车间为应用案例,验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于数字孪生的前纺丝车间运行架构

数字孪生是近年来各个领域的热点技术.所有行业都希望通过数字孪生来提高自身的创新能力以及随之而来的竞争力.化纤行业是中国工业和经济的重要支柱的一部分,前纺丝车间又是化纤车间的源头,它的效率以及故障率等等都是影响着后面的每一步生产.将会探讨数字孪生在前纺丝车间落地的运行架构.     

数字孪生技术在家电领域的模型架构与应用

数字孪生是目前智能制造领域最为热门的技术之一,已经广泛应用于汽车、航空航天等研发设计和生产控制领域。通过对家电行业数字化研发技术的分析,同时结合海尔在智能家电方面的研发实践,总结了家电研发流程中与数字孪生相结合的方向及价值,并给出家电全生命周期研发过程中实施数字孪生的方法及建议,提出家电产品数字孪生体的架构模型,为探索未来家电研发技术提供新的思路。     

基于数字孪生的行车多因素隐性级联故障诊断EI北大核心

针对行车传统运维方式中存在的可管可控状态不明、故障时定位分析耗时久、设备宕机时间长等问题,为实现行车状态运维的智能化转型升级,基于数字孪生技术和数据驱动方法,提出一种用于行车多机构联动、多因素耦合的隐性级联故障诊断分析方法。以数据驱动为核心,构建了数据驱动的行车数字孪生模型,详细阐述了行车数字孪生系统的组成和交互行为;对显性故障和隐性故障进行分类和定义,设计了SDAE—MCSVM—FBN方法解决多因素隐性级联故障;构建了数据驱动的行车数字孪生模型的原型系统,以某大型国企钢厂某车间内的行车作业过程为例,与传统运维方式中的人工点检对比,在所提方法应用前后,故障维修时长和设备宕机时长分别减少的时间比例区间为24.5%~32.8%,20.5%~32.4%,证实了所提方法对隐性级联故障诊断分析的有效性和可行性。     

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。     

基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法

针对离散制造车间实时监控困难、调控能力差、管理不透明等问题,采用面向对象的方法,提出一种基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法.首先,搭建了基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法体系架构,明确了其关键实现流程;然后,分别围绕4个关键技术:基于AutomationML与OPC UA的数据建模及传输方法、事件驱...     

数据—模型融合驱动的流程制造车间数字孪生系统研发EI北大核心

针对流程制造过程工序间耦合严重、过程建模困难、生产活动规划的联动性和智能化水平较低等问题,提出数据与模型融合驱动的、覆盖工艺流程全变量空间的车间多维数字孪生模型及其系统架构。融合车间生产全要素孪生模型与动态生产数据,建立了贯穿生产过程中不同工序的设备实体对象模型,从几何、物理、行为、规则等多个维度对耦合生产线实体对象特征进行刻画,实现了工艺设备静动态多维属性的数字化精准映射。在此基础上,搭建了包括物理产线、虚拟产线、信息服务等支撑多系统数据交互映射的车间数字孪生系统,研发了基于开放平台通信—统一架构(OPC UA)与Kepware的通信技术的静动态虚实映射和迭代运行机制,实现了从车间物理制造流程耦合向各孪生体参数间耦合的转换。最后,基于某流程制造企业制丝生产试验线开展应用验证,为解决流程工业耦合复杂而造成的协同交互与迭代运行难题提供了方法和实现途径。     

逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法

为提高数字孪生车间系统运行过程中映射关系的忠实性与实时性,提出一种逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法.采用车间物理信息建模的方式描述模型和逻辑信息并搭建数字孪生车间的构建规则,分别对系统静态模型数据和动态逻辑数据进行建模分析,将静态模型顶点、面片等数据作为数组发送至GPU常量缓存区,在缓存区中通过矩阵...     

螺线管装配生产线数字孪生建模技术

鉴于数字孪生模型的研究较少,数字孪生建模技术仍是当前智能制造领域的研究热点和难点,以离散制造系统的螺线管装配生产线为研究对象,从物理、行为、信息决策3方面探究生产线的数字孪生建模技术。通过物理模型可视化表达生产线的尺寸、形状、装配关系等属性和潜在的物理规律;通过标准化的描述方法构建数字孪生行为模型,简化行为语义,促进信息存储与流动;通过信息决策模型使硬件模块在反馈控制功能的驱动下,实现在环仿真和闭环优化。最后通过生产线智能运维系统展示数字孪生技术在智能监测、信息反馈、决策控制等方面的应用价值。     

数字孪生车间系统构建及应用

数字孪生技术是实现物理与信息融合的一种有效途径,是实现工业4.0、中国制造2025、工业互联网、先进制造伙伴计划等先进制造方式与战略的重要手段之一,而车间又是生产制造活动的主要载体.为此,在数字孪生的理论背景下,建立了数字孪生车间总体框架,实现了构建数字孪生车间的三项关键技术:车间关键要素孪生模型建模方法、车间孪生数据...     

基于数字孪生的生产车间运行状态在线预测

针对数字孪生车间的在线预测难题,提出一种实时数据驱动的数字孪生车间运行状态在线预测方法.分析了车间数字孪生体的内涵和运行机制,构建了基于车间数字孪生体的仿真预测框架,阐述了基于事件调度法的仿真运行逻辑,建立了数字孪生车间输入特性、样本生成、事件处理逻辑之间的关系,融合实时数据实现了基于持续瞬态仿真的车间在线预测.设计并...     

数字孪生模型构建理论及应用

数字孪生作为实现数字化转型和促进智能化升级的重要使能途径,一直备受各行各业关注,已从理论研究走向了实际应用阶段.数字孪生是以多维虚拟模型和融合数据双驱动,通过虚实闭环交互,来实现监控、仿真、预测、优化等实际功能服务和应用需求,其中数字孪生模型构建是实现数字孪生落地应用的前提.针对如何构建数字孪生模型问题,首先提出了数字...     

基于公理设计的人机协作数字孪生建模技术

人本智造是未来智能制造发展的重要方向,安全可信的人机协作是实现人本智造的基础。数字孪生所强调的以虚映实和以虚控实的思想与以人为核心的人机协作需求相匹配,为面向人本智造的人机协作新范式转变提供了新思路。目前欠缺关于人机协作数字孪生模型建模方法的研究,以满足数字孪生技术在人机协作领域中的应用需求。提出面向人机协作智造的数字孪生建模技术,从机器人模型和协作人员模型两方面展开人机协作模型建模机理分析。首先分析了机器人模型和协作人员模型具备的特征,在此基础上提出机器人模型和协作人员模型的基本组成结构,为人机协作数字孪生模型构建提供理论支持;建立了基于公理化设计理论的人机协作模型构建框架,提出了人机协作数字孪生模型的建模步骤;最后,以人机协作抓取数字孪生模型的构建过程为例,详细介绍了模型的构建过程,验证了所提方法的可行性。     

数字孪生驱动的数控机床虚拟调试技术研究

数控机床调试阶段的调试质量直接影响其加工精度,然而数控机床在服役阶段的加工场景丰富多变,同时作为复杂机电系统代表性设备包含庞杂耦合关系,一般调试方式在此情况下的调试结果的有效性十分有限。因此,文章提出在虚拟环境中模拟机床运行时复杂的加工场景并进行虚拟调试的方式,以得到最佳运行参数。首先通过分析机电系统复杂耦合关系,采用多领域统一建模语言结合虚实映射策略构建了数控机床数字孪生模型;其次基于孪生模型对复杂加工场景进行模拟,并提出数控机床虚拟调试方式;最后以数控机床主轴系统为例,验证了所提方法的有效性和现场应用的可行性。试验结果表明响应时间缩短12%、稳态误差降低54%。     

基于数字孪生技术的生产线故障预警

为解决生产线生产过程中出现故障无法及时预警的问题,对生产线智能管控技术进行研究。在模块化生产线基础上,探究设备故障预警的方法。运用数字孪生技术对模块化生产线进行建模,构建虚拟生产线。探究符合故障预警要求的算法,选取神经网络算法建模,采集数据进行训练,实现产品合格率的精确管控。应用结果表明:该技术基本实现了对故障的精确预警,减轻了管理人员的操作统计工作量,提高了生产线的智能化水平。     

基于数字孪生的数控机床运行监测系统设计与开发

本文基于数字孪生五维模型,实现对机床的状态数据远程监测与加工运动仿真,设计了机床运行监测系统的总体框架,添加了OPC UA客户端节点数据订阅等功能,完成与机床数控系统运行数据的对接,利用SolidWorks等平台搭建机床的三维模型,借助Unity平台以运行数据为驱动,结合XChart插件开发了机床运行数据监测界面,以数控程序为驱动,结合刚体平移、旋转运动控制原理,实现了机床三维模型的加工运动仿真功能,最终实现了二维数据图表与三维运动仿真相结合的数控机床运行监测功能。     

基于数字孪生与k-近邻算法的车间设备运行状态预测研究

由于传统车间设备运行状态预测不能有效利用历史数据进行学习,实时响应能力有限,难以在复杂调度环境中取得良好效果,因此文章提出一种数字孪生与k-近邻算法相结合的车间设备运行状态预测模型。构建车间设备实体在信息空间的数字孪生模型,并建立设备实体与模型之间的映射关系,从而获取实时特征数据,即设备的运行状态特征数据。运用k-近邻算法计算实时特征数据与历史数据之间的欧几里得距离,即计算设备当前运行状态与历史已知状态的相似度,最终通过前k个距离所对应的设备历史运行状态数据,预测设备的当前运行状态。该模型的本质是通过数字孪生的实时数据采集,获取指定设备运行状态特征数据,运用k-近邻算法预测设备的实时运行状态。相较以往研究,本研究贡献在于提高设备实时运行状态预测的准确率。如果将数字孪生、k-近邻算法与具备自我学习能力的相关算法相结合,模型的预测效果会更好。