基于数字孪生的火箭测试与发射过程健康管理技术研究

为了解决运载火箭对地面测试与发射过程中对数据综合分析能力,飞行过程的故障诊断和预测能力,以及故障处理措施的快速决策等能力的迫切需求,提出一种基于数字孪生技术的火箭测试与发射过程健康管理系统设计方案;该方案通过建立运载火箭测试与发射阶段数字孪生模型,实现对火箭测试和发射过程的天地镜像仿真,依托数字孪生模型,对运载火箭健康管理功能进行了设计和优化;利用真实火箭和数字孪生火箭的信息交互,可有效实现火箭测试过程数据分析、飞行过程协同诊断,以及故障处理决策支持等功能;该系统提高了火箭发射的可靠性,为火箭可靠飞行提供了技术保障;同时,该技术在运载火箭健康管理上的应用也面临一些关键技术还需要进一步突破和发展.     

四旋翼无人机飞行过程孪生仿真研究

为了满足无人机在实际飞行过程中的虚实交互、实时响应和精确控制等要求,以四旋翼无人机的飞行过程作为任务需求,提出基于数字孪生技术的四旋翼无人机飞行过程仿真研究。搭建了四旋翼无人机飞行数字孪生系统架构,分析了数字孪生体仿真数据的流向及其作用,并对四旋翼无人机飞行数字孪生系统的功能和意义进行了介绍。从几何、物理、行为和规则等四个方面融合构建了四旋翼无人机的数字孪生体模型。最后进行了四旋翼无人机巡航过程的案例研究,通过仿真案例中的各项参数分析,考察了虚实无人机之间的交互性,证明了数字孪生体模型的精确性,验证了四旋翼无人机飞行数字孪生系统的可行性。     

数字孪生机场总体架构研究

目前,机场信息资源的集约化程度和业务流程的数字化程度普遍较低,传统的机场运行管理模式进入瓶颈期。基于数字孪生的基础理论,开展了数字孪生机场运维的理论模型和总体架构研究。首先,分析了数字孪生机场五维结构化本体模型,在此基础上提出了符合机场运维需求的技术体系架构和孪生机场建设的三个层级。然后,阐述了数字孪生机场感知模型构建的三种常用方法,对数字孪生机场的应用服务功能进行了划分。最后,总结了数字孪生机场的应用方案和价值。该研究可为数字孪生机场建设提供理论基础和技术支撑。     

面向数字孪生流域的云网融合架构研究

数字孪生流域建设是智慧水利建设的重要标志,是推动流域水利高质量发展的必然要求。为了应对当前数字孪生流域建设过程中面临的流域物联感知能力、通信传输网络资源、模型算法仿真计算水平等方面的不足而产生的挑战,本文结合云网融合的云网协同、按需互联、敏捷智能的服务能力特性,基于云网融合层次化的设计思想,把流域云和网充分融合,有效调度并应用计算、通信、存储等基础设施资源,提出了面向数字孪生流域的云网融合逻辑架构,梳理并阐述了水利感知网云网融合服务实现、水利信息网云网融合服务实现、数字孪生平台算力服务实现等可应用于数字孪生流域建设的云网融合服务架构,总结分析了面向数字孪生流域的云网融合关键技术。研究对充分发挥新一代信息技术对数字孪生流域建设的支撑驱动作用具有重要参考意义。     

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     

数字孪生驱动下的档案馆服务研究

数字孪生作为产品研发、设备维护以及工艺规划的重要技术,对于协助档案用户脱离传统档案载体束缚、探索档案数据治理场景等具有开拓价值。本文在分析数字孪生概念、特点以及原理的基础上阐释数字孪生档案馆的相关理论、应用场景及构建措施,希望能够为数字孪生在档案馆的落地实践提供参考。     

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。     

数字孪生欧阳海灌区关键技术研究和应用

为破解灌区运行管理过程中普遍存在的水资源调配和防洪调度决策过度依赖经验、管理粗放等短板问题，为数字孪生灌区建设积累经验，本项目以欧阳海灌区渠首水库和右总干渠系为研究对象，探索实现水资源调配和防洪调度“四预”功能，通过水动力学模型和三维GIS模型共享网格技术和“需水-配水-调水”模型组合应用技术，搭建欧阳海灌区数据底板、模型库和知识库，形成数字孪生平台，开发水资源配置与调度、抗旱管理及防洪调度等系统，初步在欧阳海灌区实现水资源按需分配和精准调度。另外，该研究成果已在2022年湖南省干旱情况下保障了灌区中晚稻灌溉用水，同时也为2022年6月22日欧阳海水库发生最大入库洪峰的防洪调度提供了智能决策支撑。     

火箭姿态控制系统数字仿真分析

介绍了运载火箭姿态控制系统数字仿真分析的过程。首先给出控制对象的负反馈闭环结构以及箭体的动力学模型,然后选择适合的数值仿真算法,最后以Matlab中的Simulink仿真工具箱以及C++语言分别进行仿真,并给出相应的仿真结果及对比分析。     

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。     

基于数字孪生的虚拟仿真系统研究与应用

为解决全实物平台开发环境搭建困难、不便于测试与维护等问题,在研究PowerPC 处理器的实时嵌入式开发的基础上,采用数字孪生技术的设计思想,完成了一种拥有故障模拟与注入、协同仿真与模块化编程等功能的超实时虚拟仿真系统;提出了一种全数字仿真系统的设计与实现方法,基于数字孪生技术把硬件主板上的处理器以及外围设备虚拟化,集成到数字模型当中;各模型之间相互协同控制,实现CPU控制外部设备与动力学模型等设备之间的通信,以及数据收发、内存读写、串口输出等行为,最终实现与物理设备相同的功能;另外,采用了虚实结合的方法验证了运行结果的准确性,加快了软件执行效率,便于快速全面的系统开发与测试,从而更好地运用到各个领域当中。     

数字孪生水利建设保障体系应用与思考

推进数字孪生水利建设是贯彻落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路和《数字中国建设整体布局规划》的明确要求,为保障数字孪生水利建设有力有序进行,亟须构建一套结构合理、系统全面的保障体系予以支撑。紧扣“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总体要求,提出数字孪生水利建设保障体系,通过2022年水利部开展的数字孪生流域建设先行先试予以实践验证,对进一步做好数字孪生水利建设保障工作提出建议,为数字孪生水利建设全过程管理提供有力支撑。通过实践应用,有效保障数字孪生流域建设先行先试中期评估工作顺利完成,并形成一批可复制和可推广的应用案例,成效良好,可为有关单位开展先行先试或其他专项工作提供参考借鉴。     

基于数字孪生的物联网工业运维系统

现如今,物联网技术已经得到了长足的发展,以物联网技术为基础的各类应用充满于我们的生活。建立了一个基于数字孪生的物联网工业运维系统,该系统通过数字孪生技术将实际场景中的工业设备与虚拟场景进行了数字映射,将真实的物理场景的静态特征和动态特征同步在虚拟场景中,再通过逻辑脚本实现将孪生模型和由传感器获得的孪生数据进行联动。通过物联网技术、MQTT通信协议技术、数据库技术和前端界面技术实现了工业运维系统,维保人员无需实际到达实际现场便实现对工业设备进行可视化云巡线、云调试和云监控。     

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,...     

区域多能源系统数字孪生应用平台构建

针对缺乏支撑区域多能源系统数字孪生动态规划、运行优化等上层应用接入、管理和运行的高性能平台的现状,考虑到数字孪生应用对通信效率、数据安全的要求,借助CloudPSS云仿真平台设计了包含基础层、应用层、业务层的安全、灵活、可扩展的数字孪生应用平台的软硬件;并以贵州红枫湖区域多能源系统为试点区域,介绍了包括建模仿真、数据通...     

基于数字孪生的城市地下综合管廊应用研究

城市地下综合管廊作为保障城市安全运行的重要基础设施,是承载城市民生服务和公共管理、体现城市治理效果的重要依托.以城市地下综合管廊作为物理实体,将数字孪生应用于综合管廊全生命周期中,由于数字孪生模型因物理实体对象而异、数据因物理实体特征而异、功能服务因物理实体需求而异,针对综合管廊规划设计、建设施工、运营管理不同阶段的需...     

基于数字孪生的机器人综合实验系统研究

以工业机器人为核心,搭建机器人综合实验系统,通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）等硬件检测装置,采集设备各项数据。利用OPC UA通信协议,将采集到的信号与数字孪生（Digital Twin）虚拟平台关联起来,实现虚实同步,以实控虚、以虚控实的操作。通过案例研究,实现机器人综合实验系统数字孪生,为机器人工作站设计、仿真、验证、教学等需求提供解决方案。此外,案例的研究为将数字孪生技术切实应用到实际生产开发工作中提供了一个良好的途径。     

工业数字孪生关键技术研究与实现

为了实现工业与数字化的融合,提高工业生产的效率与质量,研究了一种基于数字孪生关键技术的工业机器人实时监测和控制方法。构建工业机器人的实体建模,为工业机器人的实时监测奠定基础,提取机器人运行的几何特征与姿态特征,构建工业机器人的孪生虚拟模型,应用感知数据技术,建立虚实映射关联模型,将工业机器人实际的运动状态,与智能数字化的技术精确融合,完成对工业机器人的实时监测与控制,实现工业数字孪生关键技术的应用。仿真模拟试验结果显示,对于5组工业机器人运行数据信息,设计方法模拟运行所用时间均比传统方法快,具有高效性与实时性,对于随机的工业机器人关节节点的力矩曲线,与实际工业机器人运行的同一关节力矩曲线重合度更高,具有精准性。