重大装备形性一体化数字孪生关键技术

重大装备形态和性能的精准预测与分析是实现其智能化和自主创新的关键技术之一。数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带,可用于在数字世界中建立物理实体材料选择、结构设计、加工制造和运维管理的全生命周期真实镜像。面向重大装备几何形态和结构力学性能,通过分析当前建立数字孪生的需求与难点,提出机理模型与实测数据联合驱动的“算测融合”解决方案;综合考虑孪生模型的时效性与准确性要求,构建重大装备“形性一体化”的数字孪生框架。详细论述当前构建重大装备数字孪生所面临的“算不了”、“算不准”、“算不快”、“测不了”、“测不全”和“测不准”六个具体问题,并给出相关解决方案和关键技术。通过典型案例验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性,为数字孪生在重大装备中的落地应用提供了理论和技术参考。最后,探讨了重大装备数字孪生的未来发展趋势和所面临的进一步挑战。     

大型矿用挖掘机——电铲概述

介绍矿用挖掘机的基本概况.     

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。     

大型矿用电铲提升卷筒绳槽的数控工艺改进

通过对矿用电铲提升卷筒上的螺旋钢丝绳槽的数控加工工艺,改进前与改进后的比较,分析了各自的优缺点,并详细介绍了改进后的数控工艺过程。     

基于数字孪生的刀具磨损监测和预测方法研究

利用数字孪生方法建立了刀具磨损监测和预测模型,并利用实际测量得到的数据对算法进行验证。首先,在理论方面归纳总结了数字孪生模型的基本理论和实现方法,主要包括几何、物理、行为以及规则4种子模型。其次,以随机森林算法为基础,实现了刀具磨损与预测数学模型的搭建,主要改进点为利用特征向量的表示优化随机森林算法。最后,利用实验数据验证该算法。结果显示,该算法提升了刀具磨损预测的准确率。     

浅谈以高效低成本著称的大型矿用电铲设备

本文简要介绍了高效低成本大型矿用电铲设备的结构及其优点。     

数字孪生驱动的数控铣削刀具磨损在线监测方法

针对数控铣床不断老化导致刀具磨损预测模型误差较大,加工过程中动态数据难以在线采集等问题,提出一种数字孪生驱动的刀具磨损在线监测方法。采用神经网络对加工过程中的多源数据进行特征提取,建立考虑机床老化的刀具磨损时变偏差量化模型,并在此基础上提出数控铣削刀具磨损的在线预测方法;开发了面向刀具磨损的数控铣削数字孪生系统,在线感知加工过程中的动态数据并实时仿真刀具磨损过程;最后,将该方法应用于实际加工中并与其他的预测方法进行了对比,结果表明该方法有效降低了机床老化带来的误差,实现了刀具磨损的精确预测。     

[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。     

基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化方法及验证

针对当前化纤长丝生产车间的装备故障率高、远程运维难、装备协作易失败,尤其在化纤长丝落卷作业过程中存在作业策略效率低的难题,提出并构建了基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化系统。建立了基于数字孪生五维模型的落卷作业数字孪生模型,在实时数据驱动下,实现了化纤长丝生产车间的三维可视化监视与精准管控;重点针对化纤长丝落卷生产线作业方法问题,提出一种考虑多目标的自动落卷机作业策略调度优化方法,并进行仿真验证。通过在某化纤长丝生产企业进行落地应用,表明所构建的数字孪生系统和作业策略的有效性。     

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...     

刀具切削变工况数字孪生模型构建方法

针对历史工况条件下建立的刀具数字孪生模型对新工况监测的准确度降低,且新工况下缺乏足够训练样本重新训练模型的问题,将深度迁移学习策略引入刀具数字孪生模型,建立刀具切削变工况数字孪生模型。该模型基于边缘分布适配规则,使模型学习到分布相似的源域数据特征和目标域数据特征,只需较少的目标域样本即可将源域训练好的模型迁移到目标域进行监测,从而提高刀具数字孪生模型在目标域的监测精度和适应性。实验验证,相比未引入迁移策略的模型,所建模型能够提高变工况条件下的磨损监测精度和对新工况的泛化能力。     

铣削工业机器人数字孪生驱动模型的构建与验证

针对工业机器人智能装备服役状态感知检测手段、智能控制能手段有限的问题,以工业机器人智能铣削装备为研究对象,设计一种数字孪生驱动模型构建方法。采用L-M算法对关键参数进行修正,使孪生模型对装备铣削轨迹的映射准确度从1.32 mm提高到0.15 mm,提高了近80%,验证了孪生驱动模型建立的正确性和关键参数修正的必要性。     

基于数字孪生的产品制造过程质量管理研究

数字孪生作为“工业4.0”、智能制造以及工业互联网等先进理念的关键使能技术,具有实时同步、高保真度及双向映射等特性,是实现产品物理模型与信息模型交互融合的重要技术手段,现已成为学术界和工业界的研究热点。当前,针对数字孪生的研究主要集中在车间运行方面,然而基于数字孪生的产品制造过程质量管理研究相对较少。为此,提出了一种基于数字孪生的产品制造过程质量管控模型,阐述了产品制造过程质量管理的流程。借助“虚实结合、以虚控实”的手段,系统地分析产品制造过程质量数据的实时采集、质量监测、动态分析、质量预测及智能控制,以提升产品制造质量,并为产品制造过程质量管理提供参考和依据。     

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。     

基于数字孪生的码垛机器人工作站在线监测研究

采用数字孪生技术对码垛机器人工作站进行研究,针对码垛机器人工作站的基本工艺流程,提出一种数字孪生模型构建方法,设计并完成了码垛机器人工作站在线监测系统,通过通信协议(Transmission Control Protocol, TCP)技术和机器人操作系统(Robot Operating System, ROS)共同完成物理码垛机器人工作站与虚拟码垛机器人工作站两者之间数据交互与实时通信,实现对码垛机器人工作站的工作状态进行可视化在线监测。研究表明,所构建的码垛机器人工作站孪生体可与物理实体实时随动,通过对物理实体工作状态的数据采集,完成实时可视化在线监测,保证了六轴协作臂对物块的抓取和定位准确率高达99.17%,可以进行准确的位置码放。     

数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法研究

数字孪生技术不仅是实现信息物理融合的核心,还是实现数字化故障诊断的关键。为了实现物理空间和信息空间的实时映射、故障实时预测、故障信息及时反馈,提出数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法。首先,利用数字孪生技术构建离心泵机组数字孪生映射模型。然后,基于数字孪生映射模型,通过数据驱动的故障诊断方法实现故障实时预测,利用模型仿真的故障结果验证方法完成故障结果验证,以验证结果作为数字孪生模型修正和深度学习模型调整的条件。最后,借助Unity3D平台实现故障诊断系统的开发,并通过3种工况验证了系统的可行性。     

基于数字孪生的液压运维系统

以数字孪生技术为基础,构建运维机理模型加数据驱动的液压运维系统。介绍了液压运维系统的总体设计、系统功能和系统实现。参照实际液压设备结构搭建线上液压系统,作为数字孪生体。在实体液压系统中安装少量传感器,采集数据并上传。构建物理系统与数字系统的孪生体映射,剩余节点参数通过运维机理模型计算得到,由此实现液压系统的实时监控和智能运维。     

集装箱码头的数字孪生

介绍了一种能够集成作业计划、起重机运行状态、堆场集装箱分布图、流动机械位置、无线网络信号覆盖、闸口车辆通行情况等信息的集装箱码头数字孪生系统.该系统将真实的码头运营情况和所有数据信息凝聚在了虚拟世界中,从而让码头管理人员更方便更快捷地掌握码头当前的整体运营情况.     

面向智能制造全价值链的精益数字孪生体

数字孪生作为一种关注实现物理世界和信息世界交互融合的新技术,成为国内外智能制造领域研究的热点.尽管随着研究的深入,数字孪生应用技术框架和理论体系逐渐成型,但是现有文献还缺乏对数字孪生应用全过程管理的相关研究.文中通过研究精益管理和数字孪生在智能制造领域中的关系,系统论证了精益管理和数字孪生结合的可行性,并提出了"精益数...     

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。