仿生视角的数字孪生系统信息安全框架及技术

为了推动工业信息安全防御模式从静态的被动防御向主动防御转变,缓解安全专家严重不足与陡增的信息安全需求之间的矛盾,从仿生视角搭建数字孪生系统的信息安全主动防御体系框架,以数字孪生安全大脑为核心,提出以主动防御为目的的5类关键技术：基于云边协同的安全数据交互及协同防御技术、仿生的平行数字孪生系统主动防御技术、仿生的平行数字孪生系统安全态势感知技术、基于免疫系统的数字孪生系统主动防控技术、基于AI的数字孪生系统的反攻击智能识别技术. 给出数字孪生车间信息安全建设的应用案例,验证了数字孪生信息安全在智能制造中的适应性.     

基于数字孪生的智能运维理论体系与实现方法

在建筑行业转型升级的背景下,针对大型建筑运维过程管理效率低、各类运维事件决策分析精度不足、智能化程度有待提高等问题,提出基于数字孪生的智能运维理论体系与实现方法。总结归纳大型建筑智能运维需要采集的信息,分析智能运维亟待解决的问题,融合智能感知与数字孪生技术,给出智能运维运行机理,建立针对大型建筑的智能运维架构体系与多维多尺度的孪生模型。研究建筑智能运维的实现方法,其中包含智能运维全要素信息的采集与传输、智能运维孪生体的构建与运行、智能运维孪生数据的管理机制及智能运维平台的架构。在智能运维理论体系和实现方法的指导下,搭建了智能运维平台,并应用于某大型建筑工程的运维管理。考虑运维管理过程中的虚实交互与时空演化,初步验证了数字孪生在提高运维管理智能化程度方面的有效性。     

基于数字孪生的装配式钢节点混凝土框架结构建造技术

与传统现浇框架结构相比,装配式钢节点混凝土框架结构建造速度更快,但框架钢连接节点处存在应力突变,因此,有必要采用基于数字孪生的手段监测该实际工程结构的施工过程,以获得钢节点对结构性能的影响。基于BIM、有限元和传感器等技术搭建了基于数字孪生的新型装配式钢节点混凝土框架结构的智能建造框架,从物理数据收集、虚拟模型建立、模型信息交互3个方面提出基于数字孪生的建筑结构智能建造实现方法。在新型装配式钢节点混凝土框架实际工程建造阶段,采用传感器技术实现工程中关键点数据的实时监测,并将其与BIM和有限元数据进行比较,进一步调整与修正物理模型中的框架结构受力情况,最终实现装配式钢节点混凝土框架数字孪生模型的建立和应用。研究表明,该数字孪生模型能有效对新型装配式钢节点混凝土框架结构进行实时监测,实现基于传感器网络和时空参数分析的危险点预测,有效减少资源消耗,为该结构的应用提供有效数据信息。     

数字孪生变电站框架设计与关键技术研究

随着智能电网快速推进与新技术领域的出现，以变电站为代表的能源互联网系统拓扑结构趋于复杂，传统运维管理模式已经难以满足变电站规划设计、监测分析和运行优化的要求。数字孪生（Digital Twin, DT）技术的发展给电力系统的智能化管理带来诸多便利。然而作为推动能源电力行业数字化、智能化的关键技术，相关研究与应用处于初期起步阶段，将数字孪生技术工程应用于能源电力各业务环节依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究，以突破适应能源电力行业特殊性的数字孪生关键技术。为此，本文以变电站作为应用场景，首先对变电站运维管理现状进行了分析，指出现阶段变电站巡检模式缺陷、模型精度不够、感知参量单一、缺乏对数据的深度挖掘等问题。以此设计了一套涵盖空间信息与设备建模、变电主设备机理建模、智能反馈控制、设备感知网络、基于数据驱动的数字孪生体模型的仿真，以及三维可视化渲染与应用的数字孪生变电站模型框架。然后讨论了变电站数字孪生技术面临的问题与挑战，包括：高性能、低成本、高精度、低功耗、高集成度与智能化的变电站专用传感器研制；海量多源异构数据存储管理与计算资源优化分配；孪生模型精度亟待提升与可解释性缺乏论证；“数据安全”与“数据孤岛”给数据驱动的模型训练带来挑战；高精度实景三维重建与虚拟实体动态更新算法的研究。针对提出的问题与挑战，进而探讨了解决问题的关键技术研究，包括基于压缩感知理论的新工艺、新材料的智能传感器技术；海量多源异构数据分布式云存储技术与以安全私有云为核心的数据管理体系；云边协同计算技术；数据驱动与机理知识融合建模技术；满足隐私保护和数据安全前提下的模型训练技术——可信联邦学习；实景三维重建、点云语义分割、点云动态可视化、虚拟现实等计算机视觉相关技术。结合数字孪生模型设计与关键技术问题的探讨，给出了一套面向工程应用的数字孪生变电站系统设计方案，重点阐述了包括变电站设备实时监测、设备故障诊断与故障预测、运维决策优化与智能反馈控制等典型的应用场景。数字孪生技术与变电业务各环节的深度结合，有助于智慧变电站运维管理发展与效能提升、开辟数字化智能变电站运维管理新模式。进一步，数字孪生技术的发展成熟必将推动整个能源电力行业打破数据、技术壁垒，实现电力全产业链上下游企业的价值、技术协同，构建更大范围的数字孪生系统，具有显著社会效益和战略意义。     

数字孪生技术架构及在输变电设备运维中的应用

目前数字孪生技术已在电网中得到了广泛应用,为保证电网的安全平稳运行提供了新的思路和方法。基于数字孪生技术的概念和体系架构,对数字孪生电网的内涵及层次进行了介绍,对数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用以及关键技术进行了分析。最后对数字电网的发展前景作了展望。     

数字孪生技术的应用及进展

数字孪生技术是以各行业中日益增长的数据库存为基础,结合各行业的数字手段,构建物理实体在虚拟空间中的孪生体模型,并基于模型结合虚拟空间技术对物理空间发展做出指导性预测。首先介绍了数字孪生技术的起源,以及数字孪生技术的分层理念和关键技术,并对国内外各行业的基于数字孪生技术的具体应用进行了分析,归纳了数字孪生技术出现的原因和能够解决的问题;然后结合现有研究成果,分析了该技术目前存在的困境,并对其未来发展趋势进行了展望。     

数字孪生辅助UAV网络计算卸载优化

针对动态时变无人机(UAV)网络环境下智能终端有限计算资源不能满足资源密集型任务计算需求的问题,使用数字孪生技术构建了UAV网络的孪生模型,并设计了智能终端计算卸载策略。将计算任务卸载过程建模为马尔可夫决策过程,建立联合UAV悬停点选择、计算卸载决策、UAV计算资源分配的优化模型。考虑到孪生模型与真实UAV网络的虚实映射误差,提出了基于近端策略优化的计算卸载优化算法。仿真结果表明,所提算法在适应虚实映射误差方面优于传统的深度强化学习算法。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

桥梁信息化及智能桥梁2019年度研究进展

伴随全球科技创新呈现出的信息化、智能化发展趋势，传统桥梁工程的革新也迎来新的机遇，打造日趋智能化、高精度化的桥梁结构势必成为未来的发展方向，深刻变革桥梁设计、建造和养维护的全生命周期。为掌握该领域研究动态和发展趋势，从桥梁信息化、智能检测、高性能智能材料以及智能防灾减灾等方面，综述了2019年该领域研究现状，并对后续发展方向及研究重点进行展望。分析表明：BIM技术可以显著提高桥梁的生产效率、性能水平和建养管一体化水平，数字孪生概念随着5G技术的发展也逐渐引入桥梁管养领域；无人机、机器人等智能检测技术与计算机视觉、大数据、深度学习等智能算法使得桥梁检测手段不断丰富，检测精度和效率不断提高；高性能智能材料的研发应用为桥梁智能化发展提供了强大助力，人工智能技术的发展也为结构防灾和行车防灾带来新的思路。未来应围绕“桥梁信息化及智能桥梁”这个主题开展核心理论创新、技术装备攻关和工程示范应用，以更好地支撑国家重大发展战略、保障桥梁安全长寿。     

基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法

针对传统对接方法在缺少现场实测数据支持下的被动调整问题，提出基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法.基于数字孪生虚实结合技术，研究机身对接工艺优化反馈控制技术.搭建融合冗余控制算法和工艺优化策略的数字孪生系统，明确了基于现场实测数据的测量-优化-反馈精度优化流程.基于有限状态机理论，精准重建数字孪生模型，实现对接过程的监控和精度预测，根据同轴度评价指标完成工艺参数二次设计，将优化后的工艺参数重新下发至物理现场、控制现场进行对接.对接位姿偏差对比结果表明：对接精度优化控制方法将机身筒段位置偏差降低了60.03%，姿态偏差降低了53.94%.     

工业锅炉数字化设计与数字孪生综述

概述工业锅炉设计的特点和引入数字孪生技术的必要性. 通过对工业锅炉数字化设计技术的发展和研究现状的综述,提出以设计过程优化为核心、以数字孪生为基础的新一代工业锅炉数字化设计技术是提升工业锅炉设计能力和综合性能的关键. 分析数字孪生技术在工业锅炉设计中的应用特点,总结数字孪生驱动的工业锅炉数字化设计的三大关键技术问题：面向设计过程多元信息表达的工业锅炉数字孪生建模技术;基于人机交互与虚拟现实智能验证的设计过程优化技术;面向全生命周期的工业锅炉数字孪生数据管理技术. 在此基础上,提出数字孪生驱动的工业锅炉数字化设计技术框架,以期为面向高性能工业锅炉的数字化设计技术研究和应用提供思路和有价值的参考.     

汽车白车身焊接生产线可试验数字孪生体建模方法

为解决可试验数字孪生体在可视化、控制逻辑一致性和数据实时交互方面存在的问题,提出了一种汽车白车身焊接生产线可试验数字孪生体建模方法.通过构建汽车白车身焊接生产线可视化模型、逻辑模型与数据模型,完成了焊接生产线数字孪生体的创建.以某汽车白车身自动焊接生产线为例,对可试验数字孪生体建模方法进行了验证.通过反复试验,得到了物...     

基于数字孪生技术的智能生产线设计与调试

分析了数字孪生技术的优势,基于西门子NX MCD平台,综合运用电气、机械、自动化专业知识,从生产线的机械模型开始,在数字化设计环境中进行物理学建模、运动学建模、电气行为建模,最终建立完整的生产线数字孪生模型,并实现与控制系统的联动联调。     

基于狮群算法的数字孪生车间调度问题优化

针对柔性作业车间调度问题,提出一种基于狮群算法的数字孪生柔性作业车间调度方法。基于实际生产过程的需求,使用狮群算法生成柔性作业车间调度初始方案,建立物理车间与虚拟车间实时交互的数字孪生柔性作业车间调度模型,在搭建的虚拟车间中对初始调度方案根据设备利用率进行方案优化。采用数字孪生模型解决设备故障等车间突发事件对生产进程的影响问题。通过使用真实车间数据对机加工车间生产调度过程试验,结果表明,采用狮群算法求解柔性作业车间调度问题,搜寻能力强,搜索速度快,可以在不同规模的问题中找到更优的解决方案;狮群算法结合数字孪生的柔性作业车间调度方案能够整体优化系统性能,有效处理扰动带来的延长生产时间问题。     

跨通航河道大跨径双曲拱桥旧桥拆除工程施工分析

为了让广大桥梁工程建设人员对大跨径拱桥拆除施工有更深入的理解,分析了某跨通航河道大跨径双曲拱桥旧桥拆除施工特点.从项目背景引入,介绍了桥面系、拱上建筑、拱波拱肋、墩台等重要桥梁部件拆除施工方法.重点分析了拱肋与墩台拆除施工中的关键措施,以及桥梁拆除施工过程中位移与裂缝变形监测,应急预案编制与安全文明施工等,对大跨径危旧桥梁拆除的专项工程施工具有积极的借鉴与指导意义.     

航天发射场数字孪生技术初探

针对航天发射场数字化建设和应用需求,结合国内外数字孪生技术发展提出了发射场数字孪生体的概念,详细阐述了其内涵、特性以及组成要素,初步建立了发射场数字孪生体的技术指导框架,形成了面向发射场全寿命周期的数字孪生体建设内容,设计了集三维设计模型、数字化合练系统、数字化试验系统以及数字化运维系统于一体的演进型数字孪生体,并对其应用模式进行了详细说明。相关研究成果可应用于我国航天发射场设计、建设、任务执行以及日常运维等工作。     

智能分析和决策模型在电子商务系统中的应用

研究了智能分析和智能决策在电子商务中的模型,在实现模型过程中采用了基于模糊规则的数据智能分析和基于人工神经网络的商务智能决策技术,最后实现在线的智能分析和智能决策系统,为电子商务用户提供更好的决策服务。     

电力运行类数字孪生系统稳态逆向建模研究

提出了电力运行类数字孪生系统的一种实现方案,介绍了电力运行类数字孪生系统的特征,搭建了稳态逆向数学模型.基于上述模型的孪生系统在同步态实时跟踪真实系统,在离线运行态准确预测操作的未来趋势,弥补了机理建模与真实系统无关联和大数据分析无法预测未知操作趋势的不足.