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。     

数字孪生在制造业中的关键技术及应用研究综述

数字孪生以数字化的形式在产品的生产制造中实现了全过程的动态仿真,覆盖了产品的全生命周期和全产业链,对推动未来智能制造的发展有着重要的意义。基于数字孪生技术在制造业中的应用,梳理了数字孪生的理念,探讨了数字孪生在制造业中的关键技术。对数字孪生在制造领域中的数据优化、质量分析、寿命预测、流程工业、离散工业和数字工厂几个方面的应用进行了综述,并对数字孪生在制造领域中的发展趋势提出预测及展望,可为推动数字孪生技术在未来制造业中的研究和应用提供一定的参考。     

基于数字孪生的多维多尺度智能制造空间及其建模方法

随着数字孪生、信息物理融合系统等新兴技术的发展,如何实现面向制造业应用的物理空间、信息空间与业务空间的多维融合已成为智能制造落地实施的关键。针对该问题,从逻辑关联的视角提出了多维多尺度智能制造空间的内涵与特征,并结合数字孪生技术的实现逻辑,研究了智能制造空间的虚实映射建模方法、复杂多维时空域下智能制造过程及数据建模方法。进一步,结合某叶轮的生产制造案例对所提出的建模方法进行了验证,证明了该建模方法的可行性和有效性,为实现智能制造空间多要素、多业务、多流程的实时同步仿真与虚实联动控制提供了支撑。     

工业机器人码垛数字孪生系统的研究与实现

为提高工业机器人码垛的智能化水平,将数字孪生技术与机器人码垛作业流程相结合,研究并设计了工业机器人码垛数字孪生系统。分析了码垛数字孪生系统架构,规划并设计了系统的功能模块和运行机制,阐述了工业机器人数字孪生系统数据集成模块、虚拟场景构建模块、虚拟机器人码垛模块和可视化辅助服务模块的实现方法,融合真实码垛场景下的机器人作业数据,实现了对基于数字孪生技术的工业机器人码垛虚拟可视化仿真与策略优化的信息反馈。设计并开发了面向工业机器人码垛作业的数字孪生系统,以物理码垛场景数据为例,验证了本系统的有效性,为探索数字孪生技术在工业机器人智能码垛的应用进行了尝试。     

基于数字孪生的冲压智能维护系统研究与应用

汽车覆盖件的冲压生产正在向高速、高效、数字化和智能化的方向转变，同时大型高速冲压线的维护面临结构复杂、故障点多以及专业人员短缺等突出难题，冲压设备维护管理正经历着由事后维修、预防性维护到预测性维护的转变。文章提出了一种基于数字孪生技术的大型高速冲压线设备状态监控及智能维护系统J＿IMS(JIER-intelligent maintenance systems)，首先在三维研发软件中构建真实冲压线的数字化孪生模型，通过OPC UA通用构架实时读取高速冲压线的运行数据，打通物理冲压线与孪生冲压线的数据链路，借助Unity数据驱动去驱动冲压线数字孪生模型，从而实现物理冲压线与孪生冲压线的同步运动，通过在大量项目实际应用验证J-IMS的有效性和准确性，为大型高速冲压线的设备状态监控及智能维护提供借鉴。     

基于数字孪生技术的智能生产线应用探索

随着工业互联网的蓬勃发展,在新型工业信息系统和工业智能技术的推动下,生产线正向着物理空间与信息空间实时交互融合的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点。针对数字孪生技术的概念研究、工业生产领域中的应用发展、智能生产线应用领域的参考架构与关键技术及其相关研究进展进行了梳理和探讨。归纳和总结了数字孪生技术在智能生产线中的主要应用,阐述了数字孪生技术在智能生产线领域的相关研究和应用进展,并对数字孪生技术在智能生产线应用领域中的未来趋势提出展望和预测,为离散制造企业推进生产线全生命周期管理与数字化转型升级,实现柔性化的智能制造提供一定指导和启示。     

基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术

数字孪生是实现物理信息深度融合的一个重要抓手,复杂产品设计和制造信息物理融合是其中最重要的环节,为最终智能制造的落地提供了有效途径。当前,针对数字孪生技术的研究与应用主要集中在车间运行和产品运维等方面,而将数字孪生技术应用于复杂产品设计与制造融合的研究较少。产品设计是智能制造的第一个环节,也是产生数字孪生体的第一个环节,研究基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发对实现后续的智能加工、装配和运维等具有重要影响。为此,分析了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发内涵,提出了基于数字孪生的复杂产品环形设计框架;基于所提出的框架,从需求分析、概念设计、个性化配置设计、虚拟样机、多学科融合设计和数据管理等方面,探索了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发中的关键技术;通过两个典型应用案例,展示了数字孪生关键技术在复杂产品设计制造一体化开发中的应用场景。     

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。     

基于数字孪生的航天器系统工程模型与实现

为践行智能制造、推进航天工业化与信息化深度融合,提出了基于数字孪生的航天器系统工程。分析了数字孪生技术的相关研究成果,从7个维度对航天器系统工程进行综合,建立了基于数字孪生的航天器系统工程整体模型和应用框架,并按照生命周期进展演化为设计、工艺、制造/装配、试验/测试与在轨运行5个典型阶段模型和应用框架。在技术实现层面,基于物联网、大数据、用于过程控制的对象连接与嵌入统一架构、系统建模语言、基于模型的定义、面向服务的架构等先进技术,构建了由物理空间、传输层、数据层、模型层、服务层和应用层构成的数字孪生系统架构。基于数字孪生的航天器系统工程能够有效实现航天器研制全生命周期信息世界与物理世界的双向动态实时交互共融与协同,从而推进航天工业智能制造的发展。     

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。     

基于数字孪生的再制造车间作业模式

再制造作为"中国制造2025"的重要发展方向之一,在资源再利用、降低能耗,促进制造业转型升级等方面发挥着巨大的作用。数字孪生作为一种能全面将物理世界与信息世界实时连接和交融的新技术,能有效促进车间生产作业信息化与工业化深度融合。针对再制造作业过程中的不确定性问题以及虚拟再制造信息空间和实际再制造过程无法实时交互融合的状况,将数字孪生应用到再制造作业流程,构建了基于数字孪生的再制造车间架构,对其架构组成及作业模式进行了描述,并对其中涉及的关键技术进行了应用分析,探究了基于数字孪生的未来汽车再制造作业模式。最后,探讨了基于数字孪生的再制造未来在相关领域的应用前景。     

基于数字孪生的产品生命周期绿色制造新模式

随着人们可持续发展意识的增强,传统制造业正深刻重塑并向绿色化、智能化、服务化转型。制造企业相继运用各种先进信息化技术(云计算、信息物理系统、物联网、仿真建模)来解决可持续制造中的各类问题,由此提出数字孪生驱动的绿色制造新模式,围绕以绿色特征为中心的物理世界与虚拟世界的交互与融合,建立了包含绿色特征的五维数字孪生模型,以重塑绿色制造过程中物理实体、虚拟孪生体、数据、交互接口、服务五维要素之间的关系及要素的绿色特性。分析了五维数字孪生模型下绿色材料选择、绿色拆解、绿色回收、绿色再制造及逆向供应链领域的相关应用,最后以基于绿色特征提取的产品生命周期能耗管理平台验证了提出的五维数字孪生体驱动的产品生命周期绿色制造新模式。     

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...     

基于层次化数字孪生的工业互联网制造新范式——雾制造

为打破复杂制造过程中数据融合壁垒并开展大规模的精细化协同数据驱动制造,分析了目前工业互联网在应用推广等方面遇到的问题,阐述了层次化数字孪生、雾计算/边缘计算等新使能技术对解决工业大数据互联互通、人机物数据深度融合、实现"人在回路"智能决策等问题的契机。在此基础上提出一种基于层次化多粒度数字孪生的、可定制重构的工业互联网新模式——雾制造。给出了雾制造的定义,分析了雾制造与传统工业互联网、云制造等的区别。讨论了该模式下一种数字孪生模型的分类,并提出基于自相似分形理论的快速建模方法。在此基础上,提出一种基于数字孪生的人机物虚实融合驱动管控机制。最后,以一个机加工的典型应用为案例验证了所提雾制造模式的可行性和有效性。     

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。     

数字孪生技术在产品生命周期中的应用与展望

数字孪生的出现为产品全生命周期管理理念的实现提供了新的思路和途径。为探索数字孪生在产品生命周期各阶段的应用模式,从"面向对象"与"面向过程"两个角度阐述了数字孪生的含义,给出了基于数字孪生的产品生命周期的内涵,在此基础上分析了数字孪生在产品研发、制造、维护、报废等产品生命周期各阶段典型场景中的应用方式,总结了数字孪生体的全生命周期,并指出了基于数据的制造这一可能的未来制造模式和数字孪生体的发展方向。     

数字孪生制造智能网联汽车事故数据记录技术

智能网联汽车是交通强国战略和《中国制造2025》建设的重要内容之一,也是人工智能落地应用的关键领域。“新基建”背景下智能网联汽车具有跨学科、跨领域特点。随着我国《汽车事故数据记录系统》（GB 39732-2020）强制性国家标准于2022年实施,在智能网联、自动驾驶等技术日趋成熟和核心装备国产化背景下,汽车事件数据记录系统因其在车辆安全与乘员保护、道路交通事故调查与重建等方面的关键性作用,其软硬件智能制造已成为热点研究方向。然而,现有标准更多提供的是功能和性能参考,总体缺乏过程性的制造方案,更缺乏基于数字孪生的制造体系构建方法。因此,针对现有研究存在的公共安全警务场景聚焦性、智能网联场景汽车事故记录系统制造流程、孪生制造架构缺乏等问题,提出一种警务场景智能网联汽车数据记录系统制造数字孪生架构;面向警务车载事故数据记录场景,从数据和应用场景物理空间构建角度,基于所提出制造架构,介绍了一套数字孪生警务场景智能网联汽车事故数据记录装备的软硬件关键技术以及警务应用场景,为研究界和工业界提供了前瞻性架构和设计借鉴。     

解耦数字孪生，赋能仪器仪表行业转型升级

当今世界,"工业4.0"已经成为高端制造业的风向标。而数字化技术所引导的智能制造则是最终能否实现新一轮工业革命的关键。其中,"数字孪生"技术被誉为未来有望改变制造业"游戏规则"的顶尖技术。新一代信息技术的迅猛发展推动社会正从信息技术(IT)时代进入数据技术(DT)时代。从数字孪生技术的问世,到数字孪生技术在制造业转型中的应用,数字孪生技术如何影响仪器仪表发展与对于仪器仪表企业发展的建议等角度进行探讨。     

数字孪生在制造中的应用进展综述

随着工业4.0、CPS、智能制造等研究的深入,如何解决制造中物理世界与信息世界之间的交互共融成为进一步推进制造业变革的核心问题。在此背景下,学术界和工业界提出了数字孪生的概念及技术体系,用于解决上述难题。为了全面了解数字孪生研究进展,首先梳理了数字孪生的基本概念,综述了其在航空航天、产品、制造设备及制造车间等阶段的应用进展,重点分析了数字孪生与物联网、大数据、CPS之间的联系与区别,最后指出了数字孪生在制造领域的发展趋势。     

数字孪生驱动的固体发动机总体设计体系架构与应用

为了改进固体发动机以经验半经验为主的设计模式,解决固体发动机设计与仿真分离、数值模拟与物理试验分离、地面试验数据测不了、测不准和测不到等难题,推动固体发动机由经验驱动设计向数据和模型驱动设计转型,从数字孪生体的内涵出发,研究建立了数字孪生驱动的固体发动机总体设计概念体系,从过程、模型和数据3个视角定义了固体发动机数字孪生,并提出了过程孪生、模型孪生和数据孪生的概念;在此基础上,建立了数字孪生驱动的固体发动机总体设计系统5层架构模型,分析了各层的内涵及层与层之间的关系;从过程孪生、模型孪生和数据孪生3个概念出发,研究了数字孪生驱动的固体发动机总体设计系统的运行机制;分析了系统的特点,探讨了系统在发动机设计中的应用方法,并给出了初步的实现方案,为下一步落地应用提供理论参考。