一种基于数字孪生的重型数控机床碰撞检测方法

目前数控机床碰撞检测通常利用系统的仿真功能对加工G代码进行检测,仅考虑数控机床加工过程中加工轨迹上刀具与理想状况下的工作台、夹具之间是否有干涉现象,难以满足开放式重型数控机床动态的加工环境、装夹方式以及刀具尺寸变化等实际情况。将数字孪生引入重型数控机床碰撞检测,构建了感知-演化预测-反馈的碰撞检测框架,即通过构建数控机床的数字孪生体,动态感知工件、夹具、刀具等加工要素,并感知数据驱动孪生模型演化,从而预测数控机床加工过程中潜在的干涉现象,提高了机床加工效率,避免加工过程的潜在危害。将所提方法应用于重型数控龙门镗铣机床ZK5520的碰撞检测,证明了其有效性与可行性。     

数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题,提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法,即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层,然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模,以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。     

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...     

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。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于数字孪生的航天制造车间生产管控方法

针对目前航天制造车间生产管控中存在的效率低、精细度差、动态响应能力不足等难题,研究了基于数字孪生的制造车间生产管控方法,设计了基于跨网段信息异步交互的航天数字孪生车间架构,提出了航天数字孪生车间的基本组成和虚实融合的制造车间分层管控模式,阐述了面向不同对象的制造智能（MI）和商业智能（BI）场景应用,为军工企业车间生产管控提供了可行的技术途径。     

基于数字孪生的液压运维系统

以数字孪生技术为基础,构建运维机理模型加数据驱动的液压运维系统。介绍了液压运维系统的总体设计、系统功能和系统实现。参照实际液压设备结构搭建线上液压系统,作为数字孪生体。在实体液压系统中安装少量传感器,采集数据并上传。构建物理系统与数字系统的孪生体映射,剩余节点参数通过运维机理模型计算得到,由此实现液压系统的实时监控和智能运维。     

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...     

基于数字孪生的多轴数控机床轮廓误差抑制方法

针对数控机床高速高精加工过程中轮廓误差控制难的问题,提出一种基于数字孪生的轮廓误差抑制方法,并以数控机床的关键执行部件——多轴进给系统为具体对象,构建面向轮廓误差的"建模-预测-控制"闭环抑制技术框架.该方法针对多轴进给系统多属性交叉耦合的特点,建立其高保真数字孪生体,并通过数字-物理空间的多粒度信息传递,实现跨时间尺度下数字孪生体与物理实体在不同维度的虚实精确同步.通过对数字孪生体进行降阶表征,建立轮廓误差多因素动态影响关系模型,融合多粒度信息实现对轮廓误差的动态预估.基于轮廓误差动态预估结果,提出轮廓误差综合抑制方法,实现对时变运动控制参数下多轴进给系统的插补控制.最后,通过小型三轴数控机床的虚实同步运动实验,验证了所提方法的有效性.     

数字孪生模型评价指标体系

数字孪生作为实现数字化、智能化、服务化等理念的重要使能技术,以及助力数字经济与实体经济融合发展的有效手段,受到各行各业的广泛关注.随着数字孪生逐渐从理论研究迈向落地实践,在实际应用对数字孪生模型的要求更加多元的同时,对数字孪生模型性能的透明度也提出了更高的要求.然而,数字孪生模型在构建校验、运行管理、重构优化、迁移复用...     

基于数字孪生的桥式起重机自主运行系统研究

为了提高桥式起重机的智能化水平和数字化水平,借助数字孪生技术,对一桥式起重机的安全自主运行系统进行了仿真和实验研究。首先,采用数字孪生思想构建了起重机自主运行系统整体架构,根据桥式起重机的实际运行情况,采用四模型(即虚拟模型、物理动力学模型、行为控制模型和规则计算模型)的方法,构建了起重机的孪生模型;然后,在起重机孪生实验平台上进行了起重机路径规划和大小车轨迹跟踪仿真实验,采用了变论域模糊PID控制器,对起重机大小车轨迹跟踪进行了控制;最后,对该数字孪生系统进行了互联互通实物验证实验。研究结果表明：在起重机数字孪生系统中可以同步进行虚拟仿真和实物实验;在起重机大小车轨迹跟踪实验中,使用所提变论域模糊PID控制方法时,大车跟踪误差在±7 cm内,小车跟踪误差可达±6 cm,表明该控制方法的先进性;同时,该系统初步达成数字孪生技术虚实同步、虚实融合、虚实对照的目标,并且具有良好的三维可视化效果,可为推动机电装备的数字化进程提供一种思路。     

数字孪生驱动的风电机组变桨系统故障诊断

数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带，其融合机理与数据的建模方式在时效性和准确性等方面有着超出以往模型的潜力。文中首先针对风电机组变桨系统故障诊断问题，结合多体动力学提出了一种风电机组数字孪生模型的建立方法；其次，利用机组运行信息与机理先验知识，并通过历史数据进行风电机组控制逻辑反演；再次，以上述模型对风电机组历史监测数据进行仿真分析，将仿真结果与历史监测数据进行对比，迭代修正数字孪生模型，并验证所建立的数字孪生模型的准确性；最后，在所建立模型的基础上构建仿真结果与实际监测数据的残差值，使用该残差值作为故障特征变量对该风电机组变桨系统故障进行诊断分析，其结果验证了上述方法的有效性和可行性。     

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。     

基于数字孪生的机电系统虚拟调试应用

简述数字孪生的基本概念.依托数字孪生的基本知识,介绍NX12.0机电一体化概念设计器(MCD)包含的基础构件及基本机电仿真功能.通过机械手的实例进行MCD的仿真;基于OPC通过三菱PLC对MCD进行虚拟调试,检测结构设计的合理性、信号配置的正确性及各动作之间的连贯性.     

基于数字孪生的生产系统仿真软件关键技术与发展趋势

随着设计和制造过程智能化程度的提升，基于数字孪生技术开展生产系统仿真的研究对国产自主化工业软件具有重要意义。在解析基于数字孪生生产系统仿真软件的特征和应用需求的基础上，阐述了生产系统仿真软件的关键技术，包括生产系统孪生模型构建、生产系统仿真优化和离散事件基础仿真引擎；通过整合国内外生产系统仿真软件，总结了生产系统仿真软件的应用；基于数字孪生的生产系统仿真软件的特征，以及软件与数字孪生模型高保真表示、高效构建、高效仿真和人机交互等的紧密结合，探讨了基于数字孪生的生产系统仿真软件开发的技术挑战与发展趋势，以期为我国基于数字孪生的生产系统仿真软件的自主研发提供参考。     

基于数字孪生体的液压系统知识模型构建及应用

为减少液压系统设计计算量及提高系统设计可靠性,结合数字孪生与知识图谱技术,构建了基于数字孪生体的液压系统知识模型。搭建基于数字孪生的液压系统知识架构,从物理空间到虚拟空间,形成包含几何、规则、结构及行为4层模型的数字孪生体模型。以此为基础,构建由知识获取、知识表示及知识推理组成的知识模型。运用知识模型推理出新知识并保存至液压系统知识库中,实现知识重用与知识可视化,提高液压系统设计效率。最后,以4JZ-1.0A型履带式辣椒收获机液压系统为例,运用知识模型进行推理,所得液压系统元件型号与理论设计一致,验证了该知识模型的有效性。     

复杂构件装配数字孪生建模及系统实现

针对复杂构件装配生产过程中虚实交互困难、装配效率低等问题,提出一种面向复杂构件装配的数字孪生模型建模方法。首先设计了复杂构件装配数字孪生系统架构,然后从几何模型、工艺模型、行为逻辑模型和约束规则模型4个维度构建了复杂构件装配数字孪生虚拟模型,实现了对复杂构件装配物理实体全面真实地刻画与描述。设计并开发了复杂构件装配数字孪生系统,以鲁班锁装配为实例验证了建模方法的有效性,为复杂构件的装配提供了解决方案。     

基于数字孪生的航天制造车间生产管控方法

针对目前航天制造车间生产管控中存在的效率低、精细度差、动态响应能力不足等难题,研究了基于数字孪生的制造车间生产管控方法,设计了基于跨网段信息异步交互的航天数字孪生车间架构,提出了航天数字孪生车间的基本组成和虚实融合的制造车间分层管控模式,阐述了面向不同对象的制造智能(MI)和商业智能(BI)场景应用,为军工企业车间生产管控提供了可行的技术途径。     

基于MATLAB的直流伺服电机驱动进给系统的仿真研究

根据工程控制原理建立直流伺服电机驱动进给系统的数学模型,并利用MATLAB中的控制系统工具箱和Simulink组件对系统进行仿真,获得了反映系统性能的曲线,对仿真结果进行了比较分析。结果表明,应用MATLAB进行系统仿真具有方便、高效及可靠性高等优点。     

基于数字孪生概念的实验探究

为阐明和验证数字孪生的概念,搭建了一个弯曲梁实验台.实验选取弹簧钢试件作为物理孪生体,由试件的精确Solidworks模型表示.从应力和应变两方面对物理孪生体和数字孪生体进行对比仿真,其中物理孪生体的应力由传感器测得,应变由控制器控制.数字孪生体的应力与应变由ANSYS软件的静力学分析结果所得.结果表明:在考虑到测量和...     

基于数字孪生的机器人虚拟调试系统设计及开发

基于数字孪生技术,依托Unity引擎开发虚拟调试应用。通过机器人工作站实例进行虚拟调试仿真,基于socket通信,通过三菱PLC对虚拟机器人工作站进行虚拟调试,检测工作站结构设计的合理性、信号配置和逻辑设计的正确性以及工作站各动作之间的连贯性。