复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测

针对复杂产品装配过程中装配模型/数据/信息脱节、精度预测不准确、缺乏现场装配有效指导等实际工程应用问题,提出复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测方法。给出基于数字孪生的复杂产品装配精度预测方法总体流程;其次,将数字孪生装配模型表达划分为装配对象模型和装配工艺模型,并明确了产品数字孪生装配模型的精准建模机制;在此基础上,采用基于实测数据的装配偏差传递更新迭代机制实现融合多维度误差源的产品装配误差分析计算与装配精度预测;最后,以某型卫星结构部装为例搭建了复杂产品数字孪生装配软硬件系统平台,并通过实例验证了所提方法的可行性,为复杂产品装配精度预测与保障提供了一种切实可行的新思路和新途径。     

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...     

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。     

基于数字孪生的光电探测系统性能预测

为解决光电探测系统由于多场耦合引起的性能退化建模难题,提出以光电探测系统的能量域表述为基础,建立数字孪生模型以解决其性能退化预测问题的方法。在该数字孪生模型的建立过程中,采用调制传递函数构建光电探测系统的静态性能物理模型;进一步采用动态贝叶斯网络表示调制传递函数随时间的演变规律,实现对其动态性能退化过程的图模型描述;最后通过粒子滤波算法实现系统的状态监测和性能预测,从而完成光电探测系统数字孪生模型的建立,并给出了具有不确定性估计的仿真验证结果,验证了数字孪生模型能够较好的解决光电探测系统的性能预测问题。     

数字孪生驱动的航空发动机涡轮盘剩余寿命预测

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题,提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法。在建立数字孪生模型的过程中,首先,分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理,构建性能退化指标,建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型;其次,分析多种不确定性因素,采用状态空间模型建立涡轮盘性能退化过程的个性表征模型;然后,通过动态贝叶斯网络描述状态空间模型随时间的演化规律,建立涡轮盘性能退化过程的动态演化模型;最后,采用粒子滤波算法实现涡轮盘退化状态追踪和剩余寿命预测,从而完成涡轮盘性能退化数字孪生模型的建立。融合涡轮盘实时传感数据,通过贝叶斯推理实现对该数字孪生模型的动态更新。通过某型涡轮盘试验数据对该方法进行验证,结果表明该数字孪生模型能够较好地解决涡轮盘剩余寿命在线预测问题。     

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。     

产品数字孪生体的内涵、体系结构及其发展趋势

数字孪生技术被认为是实现信息物理系统的核心关键技术,作为数字孪生技术在产品研发过程具体应用的产品数字孪生体,目前其研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏系统性。为此首先回顾了数字孪生体的产生背景,在此基础上提出了数字孪生技术的概念,然后对产品数字孪生体的内涵进行了系统阐述,建立了产品数字孪生体的体系结构,并给出了产品数字孪生体在产品设计阶段、制造阶段和服务阶段的实施途径,最后指出了产品数字孪生体的发展趋势。     

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、流通交付等阶段缺乏系统性评价理论和方法指导,难以分析和量化数字孪生模型的质量、性能、适用性或共生性、适应性和价值,严重阻碍了数字孪生的深入推广和应用.针对上述问题,首先对不同阶段的数字孪生模型性能需求进行分析,在此基础上,提炼出8项数字孪生模型评价准则,进而构建了一套数字孪生模型评价指标体系,并给出了29项评价指标的量化计算参考方法,以期为数字孪生模型各阶段的决策过程提供参考.     

基于数字孪生的生产车间运行状态在线预测

针对数字孪生车间的在线预测难题,提出一种实时数据驱动的数字孪生车间运行状态在线预测方法.分析了车间数字孪生体的内涵和运行机制,构建了基于车间数字孪生体的仿真预测框架,阐述了基于事件调度法的仿真运行逻辑,建立了数字孪生车间输入特性、样本生成、事件处理逻辑之间的关系,融合实时数据实现了基于持续瞬态仿真的车间在线预测.设计并...     

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。     

数字孪生驱动的工业产品CMF设计服务模型构建与应用

为提升工业产品颜色、材料、表面处理(CMF)创新设计的效率和成功率,解决现有CMF创新设计过程中存在的设计知识获取效率低下、知识管理体系不完善、产品与设计一致性较弱等问题,立足于用户感性需求,引入数字孪生概念,借鉴数字孪生五维模型构建的理论与方法,针对性地构建基于数字孪生数据模式的工业产品CM F设计服务模型框架;从知...     

基于数字孪生的航天器装配质量监控与预测技术

鉴于航天器装配过程中不确定因素多,无法准确有效地预测和评估航天器的实际性能,装配过程中因进行大量复杂的性能试验来验证产品性能指标的符合性而极大影响了装配效率,提出一种基于数字孪生的航天器装配质量在线监控与预测方法.分析了航天器装配执行层面总体流程的特点,在此基础上给出面向航天器装配质量的数字孪生建模方法,以及面向数字孪...     

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。     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度.构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架...     

基于数字孪生的配送管理系统研究

为提升货物配送的全生命周期管理和配送过程的服务优化,将数字孪生理念融入配送管理,提出和研究了基于数字孪生理念的配送管理系统;分析了系统的应用需求,建立了系统的架构和功能结构,提出了配送过程数字孪生体的构建内容与方法,并设计构建了配送过程的基本数字孪生体、装箱规划的数字孪生体模型和配送过程优化的数字孪生体模型,建立了面向...     

以生命为原型的产品概念结构设计

面向产品概念设计自动化,把生命系统的创造性和创新智能充分利用到产品设计中,提出了以生命为原型的设计原理和基于生命体结构与过程原型的生长型产品概念结构设计方法,构建了支持该观点的产品结构模型和信息模型,讨论了实施生长型设计系统原型的关键技术,包括人类需求处理和生长型设计过程,开发了生长型概念结构设计系原型,以滚字夹具设计为例验证了该方法的有效性。     

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。提出了一种知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法,可以在加工过程中自适应地构建产品数字孪生模型。该模型可根据加工过程自适应的变化,实时表达加工过程中的产品,为数字孪生决策系统提供数据支持。最后在一个航天零件的加工过程中测试了该方法,验证数字孪生拟态模型在加工中应用的可行性。     

Using risk analysis and Taguchi’s method to find optimal conditions of design parameters: a case study

Variation in product performance can be seen as a design failure. The fundamental principle of robust design proposed by Taguchi is to improve the quality of a product by minimizing the effect of causes of variation, without totally eliminating the causes. A method of robust design is briefly explained and its application is demonstrated with the help of a case study from Roots Industries Ltd., Coimbatore. This paper describes how the inherent modeling of product and process requirements in key characteristics (KCs) can be used to express and capture the product design intent. KCs are those features which significantly affect product function and performance, or occur when there is variation. A prototype software program (VRM Tool) was developed to house all the critical design data for process optimization and its eventual reuse. We establish a systematic process of identifying, assessing and mitigating risk in the early stage of design for a Windtone class of automobile electric horn, using robust design concept. The results suggest that the proposed robust design method is an efficient, disciplined approach that can assist a product delivery team in designing for a better functional performance and improved reliability of the entire system .