基于数字孪生的复杂产品装配过程管控方法与应用

针对航天复杂产品装配过程的实时可视化监控、运行状态在线分析与预测难题,提出了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程管控方法。首先构建了面向复杂产品装配过程管控的数字孪生模型;在此基础上,引入工作流技术实现了装配过程数据的实时采集与管理,提出实时数据驱动的数字孪生车间同步运行方法;随后通过灰色马尔可夫预测模型、T-K统计控制图以及关联规则算法的集成应用,实现了对复杂产品装配过程中的小样本量质量数据的实时预测与分析。最后,自主设计并开发了基于数字孪生的复杂产品装配过程管控系统,并在某卫星装配车间进行了应用验证。     

复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测

针对复杂产品装配过程中装配模型/数据/信息脱节、精度预测不准确、缺乏现场装配有效指导等实际工程应用问题,提出复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测方法。给出基于数字孪生的复杂产品装配精度预测方法总体流程;其次,将数字孪生装配模型表达划分为装配对象模型和装配工艺模型,并明确了产品数字孪生装配模型的精准建模机制;在此基础上,采用基于实测数据的装配偏差传递更新迭代机制实现融合多维度误差源的产品装配误差分析计算与装配精度预测;最后,以某型卫星结构部装为例搭建了复杂产品数字孪生装配软硬件系统平台,并通过实例验证了所提方法的可行性,为复杂产品装配精度预测与保障提供了一种切实可行的新思路和新途径。     

基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法

针对复杂产品装配过程中质量管控时效性差、缺乏预测性等问题,提出基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法。通过构建物理车间、虚拟车间和车间生产管理系统协同工作的质量管控数字孪生模型,实现了装配过程质量数据的采集、分析与反馈,在此基础上利用Markov方法预测质量数据的未来状态。最后搭建了复杂产品装配过程质量管控平台,并通过实例验证了该方法的准确性,为复杂产品装配过程质量管控提供了一种新途径。     

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。     

数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控

多级转静子装配间隙是影响航空发动机性能和安全的重要因素,传统装配方法难以精确预测和精准控制装配间隙,针对该问题,提出一种数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控方法。在分析转静子装配工艺的基础上,建立了重点体现时变性的转静子装配间隙控制数字孪生模型,通过实测数据驱动服务模型实现装配间隙在线预测和装配工艺动态调控,研究了孪生数据类型与融合迭代过程,构建了实现数据融合迭代的4类服务模型,并通过某压气机装配验证了该方法的可行性与有效性;所表征的转静子装配数字孪生模型在时间维度的演化特性,为实现转静子装配间隙的在线预测与动态调控提供了基础。     

考虑多维误差的复杂装配过程数字孪生建模方法

针对多维误差耦合作用下大型固体火箭发动机等复杂产品装配过程中装配精度难以预测的问题,引入数字孪生概念,揭示制造误差、装配变形与定位误差耦合的装配偏差传递机理,据此提出一种复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型构建及其驱动的装配精度在线分析方法。首先,从制造误差和装配变形耦合的角度,提出面向装配精度在线分析的数字孪生框架。其次,研究复杂装配过程数据感知模型、点云几何模型和装配变形机理模型的构建与融合方法,形成复杂装配过程多维度高保真数字孪生模型。在此基础上以装配特征为节点,基于雅可比矩阵和非理想表面模型,通过接入装配现场数据实现复杂装配过程装配精度在线分析与预测。最后,以大型固体火箭发动机喷管智能装配平台为对象,验证所提技术、方法与模型的正确性和有效性。     

面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程仿真技术

针对复杂机电产品虚拟装配仿真中线缆的几何拓扑结构复杂且在装配过程中会产生形变,从而导致装配过程仿真困难的问题,提出一种面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程仿真技术。建立了基于物理属性的线缆形变模型,通过该模型对柔性线缆的形变进行了实时精确模拟;建立了适用于装配仿真的柔性线缆信息模型,用于描述线缆复杂的拓扑、几何和物理属性信息,并实现了操作约束信息的有效组织和存储;在此基础上提出一种柔性线缆的碰撞检测方法,实现了柔性线缆与刚性件的碰撞以及柔性线缆自碰撞的实时检测;最后,建立了面向复杂机电产品的刚柔混合装配过程模型,实现了对柔性线缆和刚性零件的装配过程仿真信息的统一描述。基于以上研究,设计并开发了刚柔混合装配过程仿真系统,并通过实例验证了该方法的可行性。     

数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证(第3节)。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。     

数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法

为解决高精密产品装配过程中虚拟仿真分析与物理装配脱节导致的装配效率较低、装配质量一致性较差的问题,提出一种数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法。构建了包括装配全要素的高精密产品数字孪生体;针对当前装配工艺文档可读性差、知识关联关系弱等问题,提出一种基于知识图谱的装配工艺表达方式,并利用知识图谱的可推理性对装配工艺进行动态调整;针对产品质量控制问题,提出一种操作—状态—质量三层结构质量控制策略。以某型号汽车发动机缸体单元装配为例,验证了所提方法的实用性。     

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...     

机电产品设计阶段数字孪生模型演化方法及应用

针对机电产品设计阶段提出了一种机电产品设计阶段数字孪生模型演化方法,将数字孪生技术映射在机电产品的设计过程划分为三域：概念方案域、结构设计域和参数分析域。各域中都提出了相应的评价方法解决设计过程的合理性,最后制造物理样机,为运行维护阶段数字孪生奠定基础。该方法在水龙头剥皮夹持机械臂的设计过程得到了验证,证明其合理性和有效性,为产品研发过程中应用数字孪生技术提供了新的思路。     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度.构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架...     

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。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证（第3节）。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。     

净水厂数字孪生模型构建方法研究与实践

为解决净水厂数字孪生模型构建问题,基于数字孪生五维模型,结合净水厂全流程工艺要求提出全要素数字孪生模型构建方法。通过净水厂多层次多尺度数字孪生几何模型,对净水厂全要素及其关系进行数字化呈现;通过标识解析、数据采集、语义描述和有限状态机行为搭建净水厂数字孪生信息模型,实现物理世界与数字空间的虚实映射和数字化表达;通过“机理+智能”混合驱动搭建净水厂数字孪生决策模型,对净水厂的运行机理和规律进行刻画。基于所提理论和方法设计开发了数字孪生净水厂运维管控一体化平台,为构建净水厂数字孪生模型提供了参考。     

基于元动作理论的驱传系统数字孪生模型构建

针对面向实际工程应用的数字孪生技术,探索了基于元动作理论的机电设备驱传系统数字孪生体模型框架的构建及其关键技术。阐述了从零部件到元动作理论的历史渊源,对元动作理论的相关概念及其引入数字孪生技术的原由进行了介绍,对比了其与传统方法的不同,在此基础上从元动作的优势和特点出发,以元动作理论为底层架构,将其引入驱传系统的数字孪生技术。提出驱传系统数字孪生体的内涵并详细定义了单元级、链级、系统级孪生体3个层次,搭建了基于元动作理论的驱传系统数字孪生体的五维框架。以某型号数控转台的驱传系统为例构建了实时监控数字孪生系统实例,给出了数字孪生技术的应用框架,验证了该数字孪生模型具有一定的实际意义与工程应用价值。     

面向复杂装备的工业数字孪生管理系统

针对航空、航天、汽车、船舶及石油化工等重要领域复杂装备全生命周期管控信息共享需求强,设计、工艺、生产、质量、运维等全生命周期数据联动要求高,关键零部件质量管理复杂等特点,聚焦复杂装备的设计、工艺、生产、质量、运维等业务需求,以数据驱动复杂装备创新升级,设计并应用数字孪生管理系统,对装备进行数字化映射、监测、诊断、预测、仿真、优化,实现孪生设备设计、孪生工艺设计、智能生产制造、产品质量管控、设备运行维护,对提升装备性能和促进装备高质量发展具有重要意义。     

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...     

基于数字孪生的增强现实多人协作装配

为了保证复杂产品在关键装配阶段的一次成功率和质量一致性,提出一种基于数字孪生的增强现实(AR)多人协作装配方法。首先提出基于数字孪生的AR多人协作装配架构,根据协作装配的复杂性对装配序列进行过程分解;其次将装配过程上下文数据构造为装配工艺知识图谱,明确了协同过程装配信息的传递与迭代机制,提高了AR协作装配的工况自适应性。在此基础上采用基于根锚点的协同方法实现多人装配过程的AR场景协同,并通过装配工艺知识图谱提供的实时知识实现数据协作,保证了协同装配的质量和效率。以某钢厂复杂轧机的装配为例,建立了基于增强现实的多人协作数字孪生装配系统,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于数字孪生的飞机尾翼装配自动制孔

我国现有飞机尾翼装配自动制孔方式为盲制孔,受飞机蒙皮和肋板自身形状结构限制,极易造成末端执行器制孔位置偏差。针对上述问题提出基于数字的飞机尾翼装配自动制孔系统框架,该系统框架包含物理层、数据层、连接层、虚拟模型层和服务层5个层次。构建数字孪生多领域多维模型,搭建基于统一架构的通信协议平台,利用虚拟模型进行仿真模拟,通过多种传感器实时监测系统运行状况,及时对各种数据信息进行处理并获取参数,对制孔加工参数进行迭代优化,实现自动制孔。