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...     

数字孪生车间演化机理及运行机制

针对当前数字孪生车间演化机理不清楚造成其在制造领域技术路线图不明确的问题,从信息流、物料流、控制流三者的作用及关系剖析了当前生产车间所存在的问题和挑战,在总结数字孪生源起与发展现状后,提出从可视化、逻辑、数据三个维度构建可交互、可控制、可计算的虚拟车间,进而探讨从虚拟车间到数字模型车间、数字投影车间和数字孪生车间的演化机理。提出从数字化、智能化、智慧化三个阶段逐步构建数字孪生车间并阐述了各阶段的运行机制及使能技术,可为数字孪生车间在制造领域的推广与应用提供参考。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生车间演化机理及运行机制

针对当前数字孪生车间演化机理不清楚造成其在制造领域技术路线图不明确的问题,从信息流、物料流、控制流三者的作用及关系剖析了当前生产车间所存在的问题和挑战,在总结数字孪生源起与发展现状后,提出从可视化、逻辑、数据三个维度构建可交互、可控制、可计算的虚拟车间,进而探讨从虚拟车间到数字模型车间、数字投影车间和数字孪生车间的演化机理。提出从数字化、智能化、智慧化三个阶段逐步构建数字孪生车间并阐述了各阶段的运行机制及使能技术,可为数字孪生车间在制造领域的推广与应用提供参考。     

基于领域驱动设计的可演化数字孪生体构建方法研究

数字孪生体是实现数字孪生范式的关键所在,针对忽略系统可演化性导致的数字孪生体孤岛问题,提出了一种基于领域驱动设计的数字孪生体构建方法,用于构建具有演化性的数字孪生体。数字孪生体的领域模型由镜像、功能和关联3个子域组成。其中,镜像子域描述物理实体的静态属性,如尺寸、材质等,是通用域;功能子域描述物理实体的能力属性,如制造能力、运动能力等,是核心域;关联子域描述物理实体所处空间尺度的上下文交互关系,是支撑域。围绕所提出的领域模型,设计了数字孪生体的演化性实现机制,以构建工业机器人数字孪生体为例,对所提出的数字孪生体构建方法和可演化机制进行了可行性分析。     

基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺模型动态构建方法

针对目前以理想数据制定出的线缆装配工艺文件不能很好地满足实际装配需要以及制定好的装配路径与实际装配路径存在一定偏差等问题,提出一种基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺模型动态构建方法。采用同步定位与地图构建方法对线缆装配过程中的零部件特征进行地图构建和线缆空间定位,引入随机有限集描述同步定位和地图构建问题,并采用高斯混合概率假设密度进行地图零部件特征信息的预测与更新;同时采用平方根转换无味卡尔曼滤波器和单特征策略对线缆装配路径进行位姿估计,以完成线缆装配工艺模型的动态构建。最后将所提方法应用于实例分析,验证了方法的可行性。     

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...     

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...     

数字孪生五维模型及十大领域应用

数字孪生(Digital Twin)作为践行智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术与手段,近期备受学术界和企业界关注,尤其是数字孪生的落地应用更是关注热点。模型是数字孪生的基础与核心,而传统数字孪生三维模型已无法满足现阶段技术发展与应用需求。在此背景下,为推动数字孪生技术在相关领域和行业的进一步应用,在数字孪生车间研究过程中,提出了数字孪生五维模型的概念,以适应新需求。基于前期相关研究,在进一步阐述数字孪生五维模型后,结合相关合作企业实际应用需求,重点探讨了数字孪生五维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市10个领域的应用思路与方案,以期为相关领域践行数字孪生理念与技术提供参考。     

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...     

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。     

数字孪生卫星:概念、关键技术及应用

在分析卫星产业发展趋势与升级转型新需求后,为推动卫星与新技术融合发展,提升大型卫星工程的整体管理水平与流程管控能力,促进卫星产业数字化、网络化、智能化、服务化转型升级,将数字孪生技术与卫星工程的关键环节、关键场景、关键对象紧密结合,探讨提出了数字孪生卫星的概念。为阐述数字孪生卫星内涵,以卫星互联网项目为背景,从空间维度对数字孪生卫星的组成进行了分析,包括数字孪生卫星试验验证系统、数字孪生卫星总装车间、数字孪生卫星产品、数字孪生卫星网络等。从时间维度对数字孪生卫星核心要素,包括模型线程(Model Thread)、数据线程(Data Thread)、服务线程(Service Thread),进行了阐述。在此基础上提出了数字孪生卫星关键技术体系,并结合前期已开展的相关实践工作,从全生命周期视角对数字孪生卫星在卫星总体设计、详细设计、生产制造(含装配、集成与测试)、在轨服务与健康管理、网络运维管理各阶段的应用进行了探讨,以期为未来卫星产业发展,卫星工程和卫星互联网工程建设提供参考。     

基于数字孪生的电力机器人作业控制系统研究与应用

电力场景复杂多变,机器人自主作业具有一定危险性。机器人运动控制如果出现错误,将带来不可预估的破坏和影响,所以机器人面对执行实际任务之前,非常有必要对作业任务和功能算法通过仿真形式进行验证,以及在作业过程中对机器人状态和与环境交互数据进行实时监控,确保机器人安全可靠完成作业任务。文中提出了一种基于数字孪生的电力机器人作业控制系统与配网带电作业应用,从作业环境建模、机器人建模、运动学分析、路径规划、碰撞检测等方面构建数字孪生系统。并且搭建配网带电作业机器人剥线任务作业实验平台进行作业仿真在线监控实验验证。实验结果表明,该系统能够有效实现电力机器人的配网作业仿真和在线监控。     

基于区块链的机械产品数字孪生本体模型协同演进方法

为了解决机械产品数字孪生体演进信息同步的基础技术问题,针对多源异构的演进内容和信任可变的协作背景,提出一种基于区块链的机械产品数字孪生本体模型协同演进方法。通过基于本体的表示和封装技术将模型演进信息转换为标准文本数据,在此基础上设计区块构建方案,结合共识算法同步更新授权网络中的各节点模型,通过基于区块链的分布式存储保证所有建模操作互信可溯,并支持冲突识别和轻量发布。将所提方法应用于直升机某离合器的研发过程,取得了良好的效果。     

基于数字孪生模型的直驱部件高精度控制方法

直驱部件以结构紧凑、失动量小和无间隙传动的优势在高档数控机床、航空航天精密伺服机构等重大装备中得到了广泛应用.直驱部件的伺服控制精度和动态响应特性是伺服系统的重要指标,针对负载惯量摄动和装配特性的变化造成系统伺服性能的下降甚至失稳的现象,提出一种基于数字孪生模型的复合控制方法,以物理实体数据驱动数字孪生模型参数同步,以数字孪生模型优化物理实体的伺服控制参数.首先提取了直驱系统的关键特征参数,用集总参数模型描述线性环节,用非线性参数模型描述非线性特征,建立了直驱部件的虚拟物理模型;采集物理实体状态数据,提出了基于递推增广最小二乘算法的数字孪生模型参数更新方法,实现了模型特征的自适应同步;利用同步参数优化系统控制参数,提出了指标约束下的速度控制器和扩张状态卡尔曼滤波器设计方法,形成了数字孪生驱动的复合控制策略.实验表明,提出的方法具有更好的抵抗惯量摄动能力,模型同步算法能准确快速地辨识直驱系统的惯量变化;相对传统方法,跟随20°/s&1 Hz正弦信号的速度残差均方根由5.88°/s减少为1.76°/s,优化了70％;阶跃响应过程的调整时间始终满足设计指标0.1s,实际响应曲线与理论响应曲线的Pearson相关系数由0.957提高到了0.993.研究成果为进一步细化数字孪生模型颗粒度和推进数字孪生模型在运动控制中的应用提供参考.     

面向数字孪生的产品表面模型表达与生成方法

产品数字孪生模型被认为是实现物理世界和虚拟世界深度融合的一种潜在的有效解决方法。针对产品全生命周期过程对数字孪生几何模型合理准确表达的实际应用需求,提出以非理想表面模型为载体实现数字孪生模型的几何参考表达方法。引入新一代产品几何技术规范,给出了通过几何要素及相关操作实现非理想表面模型信息的完整表达方案;分析了面向数字孪生的产品非理想表面模型的两种映射生成方法和模型创建流程,通过在离散网格模型上增加几何误差信息的方式生成规范表面模型;根据逆向建模的思想,通过实际测量离散点云数据并采用离散几何及小波分析等手段进行多尺度表面形貌误差表征,从而生成认证表面模型。最后通过某零件实例分析验证了所提方法的可行性。     

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。     

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。     

基于数字孪生机床模型的加工路径优化研究

制造业个性化加工转型对数控机床加工控制提出了更高的要求,针对固定工况构建的数字孪生模型无法适应生产要求进行加工路径的调整问题,本研究提出了以改进的遗传模拟退火算法（IGASA算法）嵌入到数字孪生机床模型,根据实际加工需求,构建了走刀长度与换刀成本综合最小化的目标函数,并设定了数控加工运动干涉约束、重复走刀约束、基元加工顺序约束、刀具寿命约束四种约束,以IGASA算法进行目标求解,以获取到最优加工路径。同时,通过数字孪生机床模型实现对数控机床的虚拟映射,实时获取加工数据与数控机床运行数据,并根据数据变动,采用IGASA算法进行最优加工路径的自适应更新。验证表明,该方法可以重新进行加工路径的更新,案例中的加工路径长度缩小了141.56mm,表明该方法的有效性。     

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。