矿用电铲的形性一体化数字孪生方法及其验证

数字孪生是一个旨在物理空间和虚拟空间之间建立实时映射的概念,反映产品在物理空间中隐藏而有价值的信息。针对矿用电铲结构安全难以进行实时监测和预警的难题,引入数字孪生的理念,提出了一种矿用电铲的形性一体化数字孪生方法,开发了相应的系统。构建了矿用电铲的数字孪生体,实现对矿用电铲结构安全的实时监测与预警。通过一台实验用矿用电铲为例验证了所提出方法的可行性。     

基于风格意象的拖挂式房车造型设计

以产品风格意象为造型设计切入点,展开目标人群风格意象与产品造型特征匹配与优选研究下的产品造型改良设计,实现企业产品造型形象的一致性延续.以拖挂式房车为设计对象,针对目标人群对其风格意象的感性评价,运用调查问卷、KJ法、聚类分析等方法归纳评价资料与量化数据,确立企业房车造型的风格意象,并以部件类目提取企业房车的造型基因特征;选取市场上拖挂式房车为样本,以同样的部件类目展开造型基因特征的提取,以此建立企业房车风格意象与样本造型基因特征的匹配与优选.通过建立房车造型设计要素组合矩阵及相应的量化处理,得出复合风格意象值较高的房车造型设计要素组合,以此展开拖挂式房车造型的设计与测评,实现企业在延续自身风格意象下优化房车造型的目的.     

面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场景出发,结合数字孪生五维模型,设计起重机结构承载能力数字孪生框架;以多指标下的结构承载能力动态综合评估方法为支撑,围绕虚实映射、数据交互与服务交互,分层分级阐述结构承载能力数字孪生系统构建方法;从模块内聚,功能集成的角度,搭建数字孪生系统平台。以YDC20/30轻小型移动式起重机为例,验证了所提方法及系统的有效性,为及时精准判断起重机服役过程中的安全性提供了一种新途径、新策略。     

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。     

基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统研究

数字孪生连接物理世界与信息世界,可实时仿真物理系统,并提供预测结果,为优化决策提供参考.对基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统进行研究,提出了基于核主成分分析和极限学习机的刀具磨损状态智能监测算法.对基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统架构进行了介绍,对刀具磨损状态智能监测算法进行了分析,并通过试验确认基于云计算的刀具...     

基于数字孪生模型的齿轮试验台状态监测方法

为了对齿轮试验台运行状态进行监测，及时有效地发现运行故障，保证设备稳定地运行，提出了一种基于数字孪生的齿轮试验台状态监测方法。通过建立齿轮试验台的数字孪生模型，实时仿真齿轮试验台在正常运行工况下的运行状态，实现对齿轮试验台设备状态监测、故障判断和运行状态的预测。经闭功率流齿轮试验台测试结果对比表明，齿轮试验台数字孪生体仿真结果与齿轮试验台测试结果基本一致，此技术可以还原正常运行工况下齿轮试验台的运行状况，从而实现对齿轮试验台的状态监测，为故障诊断、状态监测提供了一种新方法。     

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。     

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。     

基于数字孪生的连续卸船机实时监控技术研究

为提高码头作业无故障运行率,将数字孪生技术应用于连续卸船机使物理实体与虚拟空间相互映射,有利于实时监控连续卸船机的工作状态,智能地诊断出连续卸船机可能存在的运行问题.为此,在数字孪生的理论背景下,建立了连续卸船机数字孪生的总体框架.分析连续卸船机整体结构与工作原理.采用有限元分析软件建立连续卸船机虚拟力学模型.提出监测...     

基于数字孪生的产品设计过程和工作量预测方法

为解决由于实际产品设计过程和理想的仿真过程状态不一致而导致的产品设计复杂性预测不准确的问题,研究了基于数字孪生的产品设计过程及其工作量预测方法.构建了产品设计数字孪生系统五维结构模型.详细定义了虚拟空间的产品设计数字孪生模型,包括功能数字孪生模型、设计师数字孪生模型和设计活动数字孪生模型.从知识的角度出发,提出了产品设...     

基于数字孪生的工程机械产品健康检测方法研究

为了提高工程机械产品的安全性能,结合故障预测与健康管理技术,提出基于数字孪生的工程机械产品健康检测方法。建立可准确反映当前工程机械产品状态的数字孪生模型,通过分析数字孪生模型,实现对工程机械产品的状态预测,从而提前发出故障预警。通过建立QTZ40塔机的数字孪生模型,运用基于数字孪生的工程机械产品健康检测方法对其进行健康检测。实验数据表明:基于该检测方法可有效实现机械故障预警和诊断,提高了塔机的安全性,解决了工程机械传统健康检测方法的不足,为同类工程机械故障诊断问题提供了解决方案。     

数字孪生与TRIZ集成迭代参数演化创新设计过程模型

为体现复杂机电系统动态参数的演化,将数字孪生引入复杂机电系统创新设计过程中,利用数字技术对物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述建模;将设计参数以及应用TRIZ失效预测工具得到的系统失效参数引入数字孪生模型进行参数演化,发现系统在设计及制造过程中存在的潜在问题。将TRIZ与数字孪生技术结合应用于概念设计阶段,提取设计过程中的设计参数和失效参数并将参数的演化应用于数字孪生技术中,服务于复杂机电系统的全生命周期。结合密集柜式智能立体停车装置的设计实例,验证了所提方法的科学性。     

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。     

基于数字孪生的柔性线状态监测与分析系统

随着智能制造的发展，数字孪生技术在制造业中的应用逐步深化，可以用于复杂设备的运行监测。为实现柔性生产线的三维可视化与加工过程监控，同时指导用户对生产过程进行管理和预测，设计开发了一种基于数字孪生的柔性生产线状态监测系统。该系统的基本架构包括数据保障层、建模计算层、数字孪生功能层、用户空间层，保障了系统的功能性、时效性、可操作性等。同时从几何模型、行为模型、数据模型三个维度构建了数字孪生系统模型，实现了动作特征虚实融合一致性和工艺数据与质量数据采集。以某柔性生产线为例进行实验测试与分析，系统可以与实际柔性生产线正常通讯并对数据做出响应，且延迟均值为131.1 ms，可见虚拟映射与现实状况保持高度一致，验证了该方法的可行性。     

基于数字孪生的机械产品运动性能调控方法

针对复杂机械产品在生产运作过程中的运动性能难以监测和控制的问题,提出一种基于数字孪生的运动调控方法。该方法以元动作理论为基础,建立机械产品基于数字孪生的运动研究六维结构模型,并规划了数字孪生驱动的运动性能调控模式。根据元动作链的运动特性,实施基于动作层的数据监测技术,解决了传感器的选择和布置问题。利用多维仿真软件和数字孪生技术强大的虚实交互融合能力,制定了具体的建模、仿真和运动优化技术方法。最后,以某六自由度工业机器人为例验证了该方法的合理性和实用性。结果表明,数字孪生驱动的运动性能调控机制适应性好,鲁棒性强,实现了机器人运动性能的精细化管理。     

基于数字孪生技术的飞行区运行架构EI北大核心

针对智慧飞行区运行建设研究中,数字孪生的服务应用模块仍然存在数字模型与物理空间缺少交互、功能缺乏应用的问题,依托数字孪生技术对飞行区运行多要素进行物理映射和仿真,构建4层数字孪生基本体系架构;通过数据实时传输,实现物理空间与数字孪生模型、物理对象与虚拟目标之间的虚实映射和状态更新;结合孪生域的数据仿真迭代实现物理域的实时决策,为运行服务对象提供航空器实时状态反馈、指令风险评估等服务。在此架构内分析了五大关键技术的可行性和必要性,采用多种工具对飞行区运行三维空间结构进行建模,在结合航空器运行指令的场面风险评估仿真和可视化对目前的飞行区运行数字孪生技术成熟度进行评价的同时,验证了构建数字孪生运行飞行区的可行性。     

数字孪生驱动的旋转叶盘振动状态全景感知方法

针对旋转叶盘在线振动监测方法仅能获取有限测点信息的局限性,提出了一种基于数字孪生概念的旋转叶盘全域振动状态虚拟感知技术架构。首先,应用数字孪生理论从物理空间和数字空间分别介绍了该技术体系中各个模块的功能和逻辑关系,阐述了实现旋转叶盘振动状态全景感知的技术路线。其次,详细描述了孪生模型构建、非接触振动测试、孪生模型动态更新、虚拟感知及可视化模块开发等关键技术和实现方法。最后,面向旋转叶盘试验件构建了全域振动状态虚拟感知原型系统,对各项关键技术进行了理论分析与验证,并最终实现了动位移场和动应变场的全域状态感知。该方法能够在现有测试手段的基础上获得更加全面的叶盘振动信息,为旋转叶盘的在线状态监测提供了一种新的理论架构,并为后续进行叶盘疲劳寿命分析及可靠性预测提供有效的数据支撑。     

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。     

平衡重式叉车底盘神经网络逆系统解耦控制

针对平衡重式叉车底盘各子系统间的干涉和耦合特性,利用非线性系统的神经网络逆系统方法进行叉车主动后轮转向(ARS)与直接横摆力矩控制(DYC)的解耦控制.在分析底盘系统可逆性的基础上,确定解耦变量配对关系,建立BP(Back Propagation)神经网络逆系统模型并串联到原底盘系统前,使叉车底盘系统解耦成两个独立的伪线性系统;设计PD(Proportion Differentiation)闭环控制器并与神经网络逆系统组成复合控制器,并进行仿真验证.仿真结果表明:神经网络逆系统解耦控制策略能够消除底盘各子系统间的干涉和耦合,提升叉车的状态跟踪和操纵稳定性.     

[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。