基于OPC UA的数字孪生车间信息物理融合系统

针对生产车间数据集成和分享难度大、实时可视化监控成本高等问题,基于OPC统一架构(Unified Architecture,UA)与数字孪生技术,提出一套面向生产车间的数字孪生车间信息物理融合系统方案。首先,设计了数字孪生车间信息物理融合系统架构,分析了系统架构的组成要求,建立了面向生产车间的通用OPC UA信息模型层次架构;然后,通过信息模型建模、OPC UA服务器开发和OPC UA客户端访问构建了数字孪生车间的统一接口;最后,将该系统方案应用于某生产车间,经验证该方案为生产车间数据集成和统一管理、智能化与可视化监控以及各系统程序之间的数据共享提供了保障,是推动智能制造的有效方案。     

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...     

逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法

为提高数字孪生车间系统运行过程中映射关系的忠实性与实时性,提出一种逻辑与模型数据并行计算的数字孪生车间系统快速架构方法.采用车间物理信息建模的方式描述模型和逻辑信息并搭建数字孪生车间的构建规则,分别对系统静态模型数据和动态逻辑数据进行建模分析,将静态模型顶点、面片等数据作为数组发送至GPU常量缓存区,在缓存区中通过矩阵转换预设静态孪生模型在虚拟空间中的位置变换,通过GPU常量缓存区和预置变换对静态模型数据进行并行处理,提升计算效率.验证结果表明,在相同的工艺逻辑数据和模型数量条件下,所提出的孪生系统架构方法可以将GPU使用效率由43％提升至86％,运行帧数由22.6提升至387.0,大幅提升数字孪生系统的执行效率和性能.     

数据—模型融合驱动的流程制造车间数字孪生系统研发EI北大核心

针对流程制造过程工序间耦合严重、过程建模困难、生产活动规划的联动性和智能化水平较低等问题,提出数据与模型融合驱动的、覆盖工艺流程全变量空间的车间多维数字孪生模型及其系统架构。融合车间生产全要素孪生模型与动态生产数据,建立了贯穿生产过程中不同工序的设备实体对象模型,从几何、物理、行为、规则等多个维度对耦合生产线实体对象特征进行刻画,实现了工艺设备静动态多维属性的数字化精准映射。在此基础上,搭建了包括物理产线、虚拟产线、信息服务等支撑多系统数据交互映射的车间数字孪生系统,研发了基于开放平台通信—统一架构(OPC UA)与Kepware的通信技术的静动态虚实映射和迭代运行机制,实现了从车间物理制造流程耦合向各孪生体参数间耦合的转换。最后,基于某流程制造企业制丝生产试验线开展应用验证,为解决流程工业耦合复杂而造成的协同交互与迭代运行难题提供了方法和实现途径。     

面向数字孪生的流程型制造车间管控系统

针对流程型制造车间数据采集不全面、生产过程不透明、生产故障监控实时性差而造成的产品劣品率与生产成本高问题，构建了一种制造物联和数字孪生融合的可视化管控系统。围绕“数据感知与传输、数据适配与存储、数据分析与应用”这一主线，分析了物理制造车间的监控数据体系和管控需求，构建了面向制造物联的多源异构数据感知、传输与分析架构，提出了基于数字孪生的物联、物理、虚拟交互方案，实现多视角、分层次的数据可视化监控。最后，该系统在某锂电池材料生产车间部署应用，验证了其优良性能。     

面向数字孪生的车间运行三维实时监控系统

为解决自动化生产车间生产运行过程和生产信息实时可视化程度低、设备数据采集困难等问题,研究了数字孪生技术和OPC UA技术在车间三维实时可视化方面的应用。首先,以搭建数字孪生车间为基础,完成了三维实时监控系统总体框架的设计,并确定了其关键运行流程和技术路线。然后,对实现该系统的4项关键技术,即车间设备孪生体建模及虚拟车间的构建、基于OPC UA技术的车间多源异构数据采集和传输方式、虚实车间同步运行,以及生产加工数据的实时可视化进行了详细阐述。最后,通过设计开发了某印章生产线的三维实时监控系统,以实时数据驱动孪生车间运行的方式,完成了对物理车间生产过程在三维场景中全方位、任意距离的实时监控。并对采集的实时数据进行分析、处理和计算,实现了车间中设备使用率、产品合格率和库存状况等生产信息动态可视化,验证了该监控系统的可行性和有效性。     

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。     

基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统研究与实现

为提高智能车间输送线场景生产运输过程的可视化程度，实现输送线设备状态的实时监控和设备故障的高效诊断处理，提出了基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统架构。搭建与现场车间一致的数字孪生三维模型场景，利用车间实时数据驱动模型场景同步完成与现场车间一致的行为，建立了拓展性强，可灵活复用的可靠数字孪生系统。详细阐述了系统对设备实时数据的采集与利用策略，模型的驱动逻辑与原理和设备实时数据的详细表达方式。完成了系统的落地，并通过化纤生产线的输送线场景验证其可行性。     

基于实时数据驱动的数字孪生车间研究及实现

为满足智能车间生产状态实时可视化监控、健康管理、故障诊断等需求,提出一种基于实时数据驱动的数字孪生车间体系架构与技术路线.通过搭建面向真实物理行为高保真映射的虚拟仿真环境,采用面向事件响应的数据管理方法构建模块化、通用化的数字孪生车间系统.在此基础上,详细阐述了异构多源数据的采集与管理、真实物理行为的虚拟仿真环境、面向...     

烟草物流中心数字化车间监控系统研究

针对烟草物流自动化车间生产过程监控不足导致车间生产效率不高、管控难度大的问题,研究了一种面向生产过程的可视化监控方法,该方法从实体设备、车间作业流程等多方面构建具有多层级映射规则的数字孪生车间功能模型,在此基础上,建立孪生数据映射逻辑模型,搭建基于S7协议的实时数据采集传输架构,驱动孪生模型同步运行,设计并开发了数字化车间监控系统。最后通过实例验证,表明此系统能够有效集成、融合车间生产数据,实现对车间作业全流程的有效监控。     

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。     

基于数字孪生的卫星总装过程管控系统

为解决卫星总装过程实时管控和分析预测的难题,提出一种基于数字孪生的卫星总装过程管控系统,建立了系统体系结构,研究了面向总装过程管控的产品与车间孪生建模、数据物联采集与虚实精准映射、数字孪生驱动的总装过程实时管控与分析预测、孪生数据多维度组织管理等关键技术。该系统以孪生模型和实时数据为驱动,基于产品关键特征和车间关键要素,将模型与数据进行有效融合,实现了总装过程的实时管控,并为生产决策提供支持。通过在卫星总装车间部署运行的应用效果,验证了该系统的有效性和可行性。     

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VERICUT数字孪生的柔性生产单元研究

基于VERICUT数字孪生的柔性生产单元,能够快速响应市场需求变化,充分发挥设备潜能。采用免费、开源的LinuxCNC数控系统,提出数字孪生平台的系统架构,分析数字孪生平台的基本功能。通过构建柔性生产单元模型,完成系统输入、输出数据的虚实同步映射,重构车间设备柔性,提高设备的适应能力。     

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。     

[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OPC UA的数字孪生车间实时数据融合与建模研究

数字孪生车间是智能制造背景下车间全息监控、精准分析、实时决策的有效手段。而实时高效的异构数据采集和融合,以及虚实车间的交互连接是驱动数字孪生车间运转的核心。为此,依托制造物联网和OPC UA通信技术,建立了数字孪生车间实时数据采集框架。采用分层融合的策略,去除原始数据中的信息冗余,匹配产生中间事件和生产过程数据,同时基于空间尺度构建实时数据空间对象模型。另外针对提高数据传输实时性的目的,按照信息分类—自适应压缩—节点合并的路线,缩减OPC UA信息模型节点数目和节点容量,设计了面向数字孪生车间的OPC UA信息建模方案。最后,以某航天结构件生产线为案例,为数字孪生车间开发了实时数据采集系统,并验证了此方案的可行性。     

[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。     

数字孪生车间信息物理融合理论与技术

数字孪生车间作为实现制造物理世界和信息世界智能互联与交互融合的一种潜在的有效途径,近期被国内外相关领域学术界和企业界高度关注。基于前期对数字孪生车间的概念、系统组成、运行机制、特点和关键技术等研究,设计了数字孪生车间的参考系统架构,并从数字孪生车间4个主要系统组成(物理车间、虚拟车间、车间孪生数据、车间服务系统)的角度出发,分别对物理车间异构要素融合、虚拟车间多维模型融合、车间物理—信息数据融合、车间服务/应用融合等关键问题进行了研究分析。从物理融合、模型融合、数据融合和服务融合4个维度,系统地探讨了实现数字孪生车间信息物理融合的基础理论与关键技术,为企业实践数字孪生车间提供了参考。