数字孪生驱动的车间管理系统开发

在传统车间管理的基础上扩充了物理实体车间在虚拟空间的真实的三维可视化效果,提出了新的数字孪生驱动的车间管理体系架构。用MesWork Data Factory数字孪生虚拟仿真平台,进行孪生车间信息建模,通过OPC UA的数据采集网络架构感知设备的生产数据,前端接收设备运动的实时信号,根据工艺规划,驱动孪生模型运动,从而实现了同步运行的、虚实交互的、数字孪生驱动的车间管理系统。将其应用于某生产车间,实现数字孪生的某车间运行的新模式,验证了系统的有效性以及实用性。     

基于数字孪生的全周期智慧车间系统

为了实现从产线规划到生产监控的全生命周期管理,提高车间的信息化、智能化水平,保证车间的生产效率,降低车间安全事故发生的概率。基于数字孪生技术建立物理产线的数字孪生体,提出"内部驱动仿真—虚拟控制器联调—真实控制器联调"的联合仿真方式,基于OPC UA协议完成数字孪生体与物理产线的"虚实交互",以高精度、高实时性、高可信度反映物理产线的运行情况,根据数字孪生体对实际生产过程进行指导和改进。建立了汽车减速器壳体生产车间的智慧车间系统,完成了从孪生体搭建、多步仿真调试、信息交互,现场展示到指导生产的全周期智慧车间系统的设计和验证。     

基于SolidWorks的六自由度液压平台运动仿真

运用虚拟样机技术在SolidWorks软件平台上构建液压六自由度运动模拟器模型,按照机构的结构几何尺寸,创建零件并进行虚拟样机装配.直接在运动仿真模块COSMOS Motion中通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并分析其运动空间、运动状态、检查零件之间的干涉等.结果表明,利用SolidWorks软件可以对并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,验证机构设计的合理性,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础.     

基于数字孪生自动色环机的设计知识图谱研究

结合数字孪生和知识图谱技术,对自动色环机设计知识图谱进行研究.首先,进行了基于数字孪生的虚拟设计与本体建模;其次,建立了基于数字孪生和知识图谱的自动色环机设计框架,包含初本体建模、知识抽取、知识融合与知识推理;最后,结合强化算法和蚁群算法,建立了知识推理算法框架模型,将蚁群算法中的信息素作为策略网络进行实体间的路径选择...     

基于数字孪生的带锯床状态实时监控方法

针对传统金属带锯床加工过程中运行状态不稳定以及对运行状态实时监控效果差的问题，结合数字孪生技术，提出一种基于数字孪生的金属带锯床运行状态实时监控方法，构建了虚拟实体与物理实体互联的数字孪生体。首先，构建基于数字孪生五维模型的带锯床运行状态实时监控系统框架；其次，在获取锯床实际运行数据后，使用TWINCAT模拟PLC运行，通过XML文件的TCP/IP通信协议进行数据通信，完成数据的实时传输，最终将数据上传至MySQL数据库中存储；再次，开发了支持实时三维监测锯床运行状态的场景漫游功能、支持通过查询历史运行数据以再现锯床历史运行状态的历史重现功能；最后，测试验证了系统的实时性与有效性。结果表明：此系统实时性、交互性较好。     

数字孪生驱动的数控车床主传动系统故障诊断研究

数控车床主传动系统是机床的核心部件,其一旦发生故障会造成加工质量甚至作业安全问题。数字孪生技术能降低故障诊断的难度,但目前研究仍存在物理实体到虚拟实体转换效率低和神经网络过拟合问题。为了解决上述问题,提出一种基于数字孪生和正则化BP神经网络的故障诊断方法。建立数控车床主传动系统数字孪生模型,通过OPC UA通信完成了物理实体和虚拟实体间孪生数据的交换,对比分析正则化改善过拟合问题的4种方法,构建了丢弃法正则化BP神经网络故障诊断模型。通过对比不同信噪比下BP神经网络、丢弃法正则化BP神经网络和卷积神经网络的损失函数和预测准确度,验证了诊断模型的可行性和算法的适用性。     

并联机床的运动仿真研究

利用三维建模软件UG对并联机床进行了实体建模,并完成了整个机构的参数化建模与并联机床的虚拟装配。完成了并联机床的运动仿真研究,并针对机床加工中螺旋线加工轨迹进行了仿真,解决了加工过程中曲率变化较大情况下的仿真问题,可以进一步提高机床的整体设计质量以及缩短机床的研发周期。     

ADAMS环境下并联坐标测量机运动分析与仿真

并联机构的运动学分析即是求解并联机构的输入与输出构件的位移、速度、加速度之间的关系。文章以基于Stewart平台的六自由度并联机构坐标测量机为研究对象,在ADAMS软件环境下建立了六自由度并联坐标测量机的虚拟样机模型,然后基于虚拟样机对所研究的并联坐标测量机进行了运动学仿真。通过软件仿真,可以对并联坐标测量机各种运动性能产生直观的了解,从而为并联坐标测量机的设计与开发提供软件验证方法,为建立物理样机打下坚实的基础。同时利用虚拟样机技术还可以大大简化并联坐标测量机的运动学逆解和正解,为进一步对并联坐标测量机的系统优化创造了有利条件。     

基于数字孪生的工业机器人虚实联动系统开发

为实现工业机器人与数字孪生体之间数据的双向驱动，基于数字孪生系统架构，开发一种工业机器人虚实联动系统。在Unity3D中搭建虚拟场景，建立关节控制、末端点位控制、末端轨迹控制等多种方式实现虚拟机器人的仿真运动。基于TCP/IP协议的Socket网络通信模式，利用双向传输的机器人位姿状态等数据驱动虚实模型同步运动。经测试，该系统具有良好的实时性与沉浸性，能够满足工业机器人的实时监测与可视化控制要求。     

基于数字孪生的MPS智能控制系统设计与应用北大核心

为了提高对MPS系统的自动化管理、使得MPS系统更加符合实际生产要求,提出了一种基于数字孪生的MPS智能控制系统和方法。基于MPS数字孪生五维模型架构,对其物理MPS、虚拟MPS、连接、孪生数据和服务系统五维结构进行分析。设计了MPS数字孪生智能控制系统框架,对系统开发中的虚拟模型建立、数据采集、实时驱动等关键技术进行了阐述。结合案例设计开发了MPS数字孪生智能控制系统,完成了对MPS系统可视化监控、安全管理与决策、智能控制、MES追溯等功能的实现,反映了MPS系统的全生命周期过程。     

基于数字孪生车间的虚实融合研究综述

数字孪生车间近年来逐渐成为大众关注的热点,它可借助虚实融合技术实现物理车间与虚拟车间的互联互通,使得虚拟车间的信息更加贴合现实,有助于实际生产。基于数字孪生概念、数字孪生车间的特性和研究应用,对数字孪生车间的虚实融合研究进行综述。介绍了虚实研究对象,即物理车间和虚拟车间;论述了虚实融合系统中车间服务系统的工作过程;分析了虚实融合技术的三大关键部分及相关技术的支撑。最后对数字孪生车间的虚实融合问题进行了展望。     

基于ADAMS和Pro／E的并联机器人运动学仿真

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,对并联机构的虚拟样机模型进行了运动学分析,为并联机器人系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数,为并联机器人的设计提供了一套有效的分析方法.     

离散制造车间的数字孪生仿真参数修正方法

为了提高数字孪生模型的准确度，提出了一种离散制造车间的数字孪生仿真参数修正方法。根据数据驱动仿真参数修正的方式，将数字孪生模型的仿真参数划分为静态属性、动态属性和性能属性3类，设计了一种基于深度学习的时间序列预测算法—DF-LSTM用于表征性能属性。在复杂离散制造车间的仿真模型基础上，用时间序列预测算法的预测结果作为仿真模型的性能属性值，以实时数据驱动仿真模型的动态属性和性能属性的更新，实现了由仿真模型向数字孪生模型的转变。开发了装配车间的数字孪生系统，实现了装配车间的可视化监控和数字孪生模型的在线运行，最终实验验证了方法的可行性。     

产品设计域数字孪生模型演化过程及方法研究

针对机电产品普遍存在的动态需求适应性差、设计阶段离散、设计周期长等问题，在设计理论与方法论创新的基础上，应用数字孪生技术对机电产品设计阶段进行研究，提出由需求分析、概念模型演化、结构模型演化、参数模型演化、孪生模型验证组成的机电产品设计域数字孪生演化方法，在以上3个演化中分别对相关模型使用了设计-评价-反馈-迭代的优化方法。以曳引式电梯为例，在孪生模型验证过程中,使用电梯的振动数据进行对比与迭代，完成并验证了机电产品设计域数字孪生演化方法的可行性。     

基于螺旋理论的并联机床虚拟概念设计及运动分析

提出了并联机床虚拟概念设计的设计过程,采用基于虚拟样机技术的商业软件ADAMS实现了并联机床虚拟样机模型的建立及仿真分析.提出以螺旋理论为指导、以"虚拟样机"技术为验证手段的空间并联机构运动性质分析方法,并用该方法对并联机构自由度的正确求解、机构驱动副选取合理性的判别以及并联机构的型综合等问题进行了研究.     

新型三平移并联机器人机构的光滑滑模控制研究

有关并联机器人的研究多限于机构学、运动学和动力学方面的研究.针对一种新型三平移并联机器人机构,在根据动平台运动要求,基于运动学分析实时求得各支路主动副期望角位移,并基于动力学分析实时求得各支路主动副主要等效干扰作用的基础上,建立了控制系统模型,设计了一种新型光滑滑模控制算法,仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪.仿真结果表明:所设计算法解决了传统滑模控制在数字实现时的震颤问题,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能.其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础.     

基于数字孪生的物流拣选虚拟调试系统设计

为降低调试周期和成本，提前预知系统级风险，基于数字孪生的虚实一致特性，提出一种基于数字孪生的固定轨物流拣选虚拟调试系统设计方法。根据固定轨物流拣选系统的特性和调试需求，建立虚拟物理模型、虚拟执行系统和虚拟控制系统，同时对控制器-虚拟模型接口进行设计，实现虚实之间的通信。通过物流拣选系统实例，验证了基于此数字孪生模型进行虚拟调试的有效性与实用性，基于数字孪生的固定轨物流拣选虚拟调试系统能够降低物流拣选系统的调试周期和成本，进而提高调试效率。     

数字孪生驱动的滚动轴承虚实交互研究北大核心

数字孪生技术能提高旋转机械故障诊断精度和速度,但现阶段存在数字孪生建模过程模糊、各环节定义不清晰以及虚实交互框架空白等问题,围绕滚动轴承加速退化试验台,提出了一种数字孪生驱动的滚动轴承故障诊断方法,明确了虚拟模型建模步骤,构建了数字孪生虚实交互框架,并重点论述了该框架下滚动轴承虚实模型信息交互内容。最后,从虚拟模型的振动信号角度分别探讨了正常轴承和外圈点蚀故障轴承的特征表征机制,获得了有价值的振动信号表征结论,适用于分析旋转机械的虚拟模型当前健康状况,从而反映物理实体健康信息。     

基于KAREL语言的FANUC机器人开源控制系统设计

针对FANUC机器人控制系统开放性差问题,设计一种基于KAREL语言的机器人开源控制系统。基于Coppeli-aSim远程API接口文件,联合MATLAB、CoppeliaSim平台,设计离线仿真系统;通过开发上位机控制软件与KAREL程序,建立机器人控制器与上位机间基于TCP/IP协议的通信,实现了上位机对机器人的在线控制;并结合数字孪生技术,实现了虚拟样机与物理样机的同步运行。最后,基于FANUC M-20iA机器人实验平台验证了该机器人开源控制系统的可行性。     

基于数字孪生的生产状态可视化平台开发北大核心

为实现生产状态各要素、各工艺、各信息数据的可视化展示,提出了基于数字孪生虚拟模型及数据驱动图表的生产状态可视化平台(DT/DC-VP)。并基于数字孪生虚实融合技术和图表可视化技术设计了DT/DC-VP的体系架构,在此基础上对DT/DC-VP的多源异构数据采集、孪生场景的模型以及运动学构建、数字孪生前端可视化构建等的关键实现方法以及功能展开研究。最后借助实际项目将该可视化平台应用于某示范焊接生产线,实现了生产状态实时、稳定、高效、精准的可视化效果,从而验证了DT/DC-VP的可靠性与稳定性。