基于数字孪生技术的三维智能化系统设计

为了提升三维智能化水平,设计基于数字孪生技术的三维智能化系统。通过现场层管理数字孪生体映射的物理实体与监测对象,为三维智能化系统提供需要的基础数据;感知层利用温度传感器与颜色传感器等,感知现场层管理的物理实体相关数据;数据存储层利用分布式文件与关系型数据库,存储感知的数据;功能层利用数据预处理模块缺失值处理存储的数据;层次化建模模块,依据缺失值处理后的数据,建立物理实体的几何模型与属性模型,融合几何模型与属性模型,得到孪生体模型;孪生体模型驱动单元,利用三维模型驱动方法,驱动孪生体模型,实现物理实体与孪生体的同步映射,得到孪生数据;仿真与预测模块依据孪生数据,可视化监测与分析物理实体的工作状态;通过应用层为用户实时呈现物理实体的动作仿真与实时监控结果。实验证明：该系统可有效感知物理实体的相关数据,建立孪生体模型;该系统可有效实现物理实体的可视化管理,提升三维智能化水平。     

基于数字孪生技术的智慧园区管理系统设计与实现

文章首先介绍了数字孪生技术的基本原理和应用现状,随后详细阐述了基于数字孪生技术的智慧园区管理系统的设计,包括系统架构、数字孪生模型的构建、技术栈与工具的选择,以及核心功能模块的设计,为智慧园区管理提供了一种全新的视角和技术路径。     

锻造液压机数字孪生系统设计

锻造液压机是实现超大型零件快速锻造的重要装备。为了提升液压机锻造性能与可靠性,围绕数字孪生驱动的锻造液压机工作状态感知与虚实同步开展研究。通过分析锻造液压机工作状态实时感知与锻压风险预警的需求,构建了锻造液压机数字孪生框架,包含物理硬件层、感知控制层、孪生模型层和可视交互层。通过传感数据和仿真数据联合驱动液压机孪生体在线运行,基于孪生体实时仿真预警锻压风险,实现了锻压机锻造过程的可视化,提高了锻压机工作过程的可靠性,为锻造液压机生产过程数字孪生的实现提供了关键技术支撑。     

数字孪生甬江流域水资源“四预”应用研究

基于当前数字孪生流域发展背景及宁波市水资源利用特点,为满足宁波市水资源在不同时空下合理分配的需求,以甬江流域水资源管理与调配“四预”流程为切入点,深度融合数字孪生、BIM 建模等现代化信息技术,在建立来水预报分析、需水预测、水资源优化调配、水资源实时分析评价及水资源预警等各类模型的基础上, 构建具有“预报分析—监测预警—调配预演—调度预案—动态评价”功能的水资源管理与调配业务应用系统,以达到及时准确预报、全面精准预警、同步仿真预演、精细数字预案、多维动态评价的目标,最终实现水资源的智能优化调配与管理。     

基于数字孪生的雕刻机人机交互系统设计

针对雕刻机应用过程中的实时监测困难,数据呈现单一,成本较高等问题,设计了一套基于数字孪生的雕刻机人机交互系统;首先使用SolidWorks软件设计与实际雕刻机高度匹配的三维孪生模型,随后根据实际系统的运动学模型建立Simulink仿真并编写控制算法控制三维孪生模型的运动,完成虚拟调试功能,最后将三维孪生模型与雕刻机结合,使模型根据实际雕刻机运行得到的实时数据完成设备状态监测功能;实验结果表明,文章所设计的雕刻机人机交互系统具有较高的实时性和精确度,能够保证良好的交互性与虚实结合性,有效提高监控效率,降低故障发生率,在工业现场具有广泛的应用价值.     

基于数字孪生技术的机械臂自适应故障检测系统设计

为了提高机械臂故障检测的准确性与实时性,研究基于数字孪生技术设计了一种自适应故障检测系统。该系统通过多模态传感器数据采集和深度学习算法,构建了机械臂的实时数字孪生模型,并设计了自适应故障检测算法,实现了故障的动态检测与预警。实验结果表明,该系统能够在不同工况下实现高精度的故障识别。该方法具有较强的工程实用性,能够满足复杂工业环境中机械臂故障预防与维护的需求。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

基于数字孪生技术的智慧校园管理与优化研究

研究旨在探索基于数字孪生技术的智慧校园管理与优化方法,以解决校园管理效率低、能耗控制不足和信息孤岛等问题,为智慧校园建设提供技术支持。通过设计模块化与分层化的数字孪生平台架构,结合物联网、大数据、三维建模与人工智能技术,构建了涵盖数据采集、处理、场景分析及三维可视化的完整管理体系,并采用模型优化与GPU加速等策略提升性能。实验结果表明,平台在平均模型加载时间、渲染帧率和响应时间等关键性能指标上取得了显著优化,在能耗优化、安防监控和资源调度等实际应用场景中表现出较高的效率和精度,显著提升了校园管理水平和资源利用率。研究创新性地将数字孪生技术引入智慧校园领域,提出的分层架构和性能优化策略具有重要的推广价值和应用潜力。     

基于数字孪生的油田能源消耗优化系统设计

针对油田生产过程中能源消耗高、效率低下的问题,文章设计了一种基于数字孪生的油田能源消耗优化系统,旨在提高油田生产的数字化和智能化水平。首先,详细分析了油田能源消耗优化系统需求。其次,提出了油田能源消耗优化系统架构总体方案,设计了总体架构、数据采集与处理模块、数字孪生模型和系统交互界面。最后,通过系统测试验证了该系统的可行性和有效性。     

数字孪生欧阳海灌区关键技术研究和应用

为破解灌区运行管理过程中普遍存在的水资源调配和防洪调度决策过度依赖经验、管理粗放等短板问题,为数字孪生灌区建设积累经验,本项目以欧阳海灌区渠首水库和右总干渠系为研究对象,探索实现水资源调配和防洪调度“四预”功能,通过水动力学模型和三维GIS模型共享网格技术和“需水-配水-调水”模型组合应用技术,搭建欧阳海灌区数据底板、模型库和知识库,形成数字孪生平台,开发水资源配置与调度、抗旱管理及防洪调度等系统,初步在欧阳海灌区实现水资源按需分配和精准调度。另外,该研究成果已在2022年湖南省干旱情况下保障了灌区中晚稻灌溉用水,同时也为2022年6月22日欧阳海水库发生最大入库洪峰的防洪调度提供了智能决策支撑。     

基于数字孪生技术的智能应用研究

随着信息技术的飞速发展以及物联网、大数据、人工智能等新兴技术的崛起,物理世界与信息世界的融合成为可能且愈发迫切。文章系统地梳理了数字孪生技术在工业、智慧城市、医疗领域的落地案例,阐述了数字孪生技术在各领域的实际案例与三种虚实共生模型,并对数字孪生技术进行了总结阐述。     

基于数字孪生技术的图书馆空间再造研究

通过对数字孪生技术的图书馆空间再造的分析,提出了数字孪生图书馆的机制和空间再造的数字模式,并通过分析数字孪生技术在图书馆空间再造过程中的架构建设,提出数字孪生在图书馆空间再造的应用模式,提高图书馆的空间利用与满足用户的个性化需求.     

基于数字孪生的火箭测试与发射过程健康管理技术研究

为了解决运载火箭对地面测试与发射过程中对数据综合分析能力,飞行过程的故障诊断和预测能力,以及故障处理措施的快速决策等能力的迫切需求,提出一种基于数字孪生技术的火箭测试与发射过程健康管理系统设计方案;该方案通过建立运载火箭测试与发射阶段数字孪生模型,实现对火箭测试和发射过程的天地镜像仿真,依托数字孪生模型,对运载火箭健康管理功能进行了设计和优化;利用真实火箭和数字孪生火箭的信息交互,可有效实现火箭测试过程数据分析、飞行过程协同诊断,以及故障处理决策支持等功能;该系统提高了火箭发射的可靠性,为火箭可靠飞行提供了技术保障;同时,该技术在运载火箭健康管理上的应用也面临一些关键技术还需要进一步突破和发展.     

基于数字孪生技术的生产线故障预警

随着经济和信息技术的快速发展,目前,大多数的模块化生产线智能化程度还不高,尤其是故障检测方面.大多数生产线均采用后置报警方式实现故障提示,视频监控或者可视化系统提醒管控人员对生产线设备进行检修,普遍在故障前置预测方面不足.当报警信号产生时,产线已经出现了故障,并且,故障检测不能精准到设备以及关键部件,一旦出现故障,将对...     

基于数字孪生的配电房监测方法

针对配电房传感器映射关系建立复杂、监测难度大的问题,研究一种新的数字孪生配电房监测方法,该方法映射关系和监测准确度更优。该方法是物理实体向虚拟空间映射的启发构造出来的,在配电房传感器数据提取的基础上,通过数字孪生技术实现配电房物理实体向虚拟模型的架构匹配、数字转换、运行仿真和实时监测,就可得到新的配电房监测方法。该方法已成功应用于配电房的状态监测中,在中国某城市的实例验证了该方法对配电房监测的有效性。     

基于数字孪生的教育机器人人机交互系统设计

为进一步提升机器人使用过程中的人机交互效果,以教育型机器人为研究对象,提出一种基于数字孪生技术的人机交互控制系统。其中,在引入数字孪生技术构建机械臂控制框架的基础上,提出一种基于近端策略优化算法PPO的机械臂末端目标跟踪控制方法,以进一步提升系统的机械臂控制水平和交互性能。仿真结果表明,所引入的PPO算法在进行机械臂末端目标跟踪控制过程中能够保持较高的控制精度以及成功率,整体性能良好;与其他类型的控制方法相比,在目标小球跟踪指向测试以及路径跟踪控制测试中,设计的基于PPO算法的控制方法控制效果更佳,能够控制机械臂末端以更快的速度完成跟踪指向任务,并按照更加接近于目标路径的轨迹进行移动。综上,所构建的基于数字孪生的教育机器人交互控制系统性能良好,能够对机器人机械臂的移动进行更加准确的跟踪控制,可应用实际的教育机器人交互优化场景中,提升人机交互效果,可行性较高。     

基于数字孪生的航空发动机工艺设计系统构建方法

为了实现降低产品三维模型曲线的曲率极差的同时,达到提高工艺规程合格率、降低传递至执行端时长的目标,提出基于数字孪生的航空发动机工艺设计系统构建方法。利用基础数据层的数据库及文件系统调取基础数据层的航空发动机工艺数据,Savitzky-Golay滤波法对数据曲线作平滑处理后,Siemens NX软件构建航空发动机三维模型,实现航空发动机由物理环境到虚拟环境的数字孪生。设计结果经通信层的通信协议完成与用户层的数据交互。结果表明：该方法构建的工艺设计系统可实现航空发动机三维模型构建及曲线平滑处理,降低三维模型曲线的曲率极差和传递至执行端时长,提高工艺规程合格率。     

基于数字孪生的测试性验证技术

针对型号测试性验证工作中存在的验证周期长、验证时机滞后、验证环境受限等问题,开展了基于数字孪生技术的测试性验证技术研究,重点关注数字孪生技术框架和关键技术研究,包括基于数字孪生驱动的故障模式分析、基于数字孪生驱动的故障模式空间模拟、基于数字孪生驱动的故障模式分配与注入、基于数字孪生驱动的数据融合技术,以期实现装备全生命周期的测试性验证与增长。形成一套基于数字孪生驱动的测试性验证流程及方法,用于指导新研产品的测试性验证工作。     

四旋翼飞行器的数字孪生系统设计

随着四旋翼飞行器在工程实践中的应用越发广泛,对其控制系统的精确性、快速性、适应性等要求也不断提高.近些年的研究热点——数字孪生,正是借助数据和模型模拟物理实体在现实环境中的行为,通过对物理对象的精准数字化,可用于提高物理实体或系统的运行效率.将数字孪生技术引入四旋翼飞行器的控制系统,建立四旋翼飞行器的数字孪生系统体系架...     

基于数字孪生的炼化企业风险智能预警系统设计

常规的炼化企业风险智能预警系统易受取值范围的模糊不确定性影响,导致系统内部运行功能异常,因此设计基于数字孪生的炼化企业风险智能预警系统。系统测试结果表明,设计的炼化企业风险智能预警系统的性能良好,具有可靠性以及应用价值,能够为降低炼化企业运行风险奠定良好的基础。