基于数字孪生的单兵作战系统设计研究

目的 当前国际形势日益复杂严峻,大国之间军事竞争不断加剧,各国加速进行国防装备研发.信息技术飞速发展催生未来战场的信息化、智能化转变,亟需设计研发新型单兵作战系统以应对未来战场环境.为有效地提升单兵作战系统设计效率、解决传统单兵作战系统设计过程的问题,提出数字孪生驱动的单兵作战系统设计方法.方法 基于文献研究和案例研究,总结归纳单兵作战系统设计过程和存在问题,提出数字孪生单兵作战系统设计模型,分析数字孪生单兵作战系统设计模型的组成要素,研究并呈现了几种数字孪生单兵作战系统设计关键技术.结论 随着数字孪生技术日益成熟并得以广泛应用,将数字孪生技术应用于单兵作战系统设计过程具有可行性.数字孪生驱动的单兵作战系统设计过程丰富了国防装备设计研发的理论及方法,为新型单兵作战系统创新设计提供了新的路径.     

基于数字孪生的畲族文创设计研究

目的 结合数字孪生原理来辅助文创产品的设计过程,借由智能图像处理技术发散更多艺术创意,从而减少文创产品设计的艺术内耗,提升设计效率,并从数字孪生角度审视文创产品效果,辅助产品的孵化。方法 在数字孪生原理的指导下,以数据处理技术提取文化特征,丰富畲族文化资源数据库,并从中选取畲族设计元素以智能数字图像处理方法进行批量化图像生成,最后在keyshot中对概念产品的数字孪生模型进行数字图像的UV映射,以构建文创产品的仿真造型效果。结果 获取畲族文化图像孪生数据,组成畲族纹样文化资源库,构建数字孪生辅助的畲族文创设计方法。结论 基于数字孪生的文创产品设计中,借助了多种人工智能和数字图像处理手段,对文创中的图像设计工作起到了有效的辅助产出作用。为文创与科技融合的设计方法提供了新思路。     

基于青少年美育的人工智能融合数字孪生创新设计研究

目的 本研究探讨了人工智能与数字孪生技术在青少年美育中的应用,旨在提供沉浸式、互动式、个性化的学习体验。研究结合了认知发展理论、社会文化理论等以优化美育教育效果。方法 首先,运用文献研究法梳理人工智能和数字孪生技术的理论内涵及其与美育的理论联系;其次,通过案例分析法总结数字孪生等技术在美育设计领域的典型应用实例与应用场景;最后,利用模型构建法探索了数字孪生技术赋能下的青少年美育系统,着重研究了技术与教育的互动和技术应用于实际教育环境中的挑战。结果 人工智能与数字孪生技术的融合提升了青少年的美育体验,增强了学习的沉浸性和互动性,并通过提供个性化学习路径促进了青少年的认知、情感,以及社会的发展。同时,这些技术与教育理论相协调,为美育教育带来了新的范式。结论 人工智能与数字孪生技术在青少年美育设计中的应用具有的重要时代意义。它们不仅突破了时间和空间的限制,实现了全方位的美育设计,而且有效地促进了美育的数字化升级。此外,这些技术为青少年提供了全新的美育体验,有助于其在数字和文化素养交织的世界中全面发展。     

数字孪生技术在海上采油平台的应用

随着"十四五"规划启动,工业数据利用受到越来越多的重视.海上采油平台适于运用数字孪生技术.依据数据利用现状的分析,提出了数字孪生技术在海上采油平台开发应用所需的基础、实施方法和以及发展前景,阐明了此项技术的重要意义.     

基于数字孪生的故障注入技术研究

针对机械设备的故障检测和诊断问题,提出了基于数字孪生的故障注入技术的基本架构和实现流程。以常见齿轮箱中啮合齿轮为例,在分析其振动机制后构建了对应的机制模型。根据物理实体构建了正常状态模型和故障状态模型,并根据故障条件下的信号特征建立了故障空间,为设备状态预测和故障检测创造了条件。     

基于数字孪生与深度学习技术的制造加工设备智能化方法研究

针对传统制造加工设备在生产加工过程中存在设备与数据信息联系不紧密,设备使用维护多依赖于人工经验等问题,提出了一种新的设备智能化方法。首先,在信息层建立能反映制造加工设备真实状态的数字孪生体;其次,基于历史加工大数据,通过数字孪生体对加工过程的行为进行建模及深度学习和训练,并利用训练好的人工神经网络根据采集到的实时数据来预测制造加工设备下一时刻的状态,使制造加工设备实现物理层与信息层数据的深度融合,拥有自我感知、自我预测的能力,最终实现智能化;最后,以浆料微流挤出成型设备挤出结构系统的智能化实施过程为例,验证了所提出方法的可行性。实例结果表明该设备智能化方法可有效地对挤出结构系统的运行状态进行监测及预测,为后续提高挤出成型精度提供了有效的数据信息。研究表明数字孪生和深度学习技术能够提升制造加工设备的智能化程度,可为未来智能制造的发展提供理论支撑。     

基于数字孪生软件的设备预测性维护技术研究

本文研究分析了钢铁行业设备智能运维的现状,将数字孪生技术应用在设备预测性维护领域,通过研究棒线材设备故障诊断分析技术、轧机故障信号降噪重构特征识别方法、基于设备的振动信号报警识别方法及计算设备、具有故障点定位的棒线材设备故障诊断方法和设备数字孪生模型研究等,建立基于AIoT的棒线材设备数字孪生运维系统,以数字孪生3D可视化的仿真方式展现“产线级”和“设备级”对运行数据的实时监测,辅助修护决策取得较好成效。丰富多元的人机交互方式推动全新生产管理和设备维护协作模式的发展,成为企业数字化转型升级的重要引擎,为数字孪生技术的研究与落地应用提供参考。     

面向货到人拣货机器人系统的数字孪生系统

采用数字孪生技术对货到人拣货机器人系统RMFS(the robotic mobile fulfillment systems)进行研究,提出了针对RMFS系统的数字孪生模型构建方法并给出了数字孪生实例。实验数据表明,所构建的数字孪生系统可更好地描述RMFS系统AV(automatic vehicle)死锁和冲突的规律,可方便地随物理RMFS系统重构而重构,实现系统共生。数字孪生系统可为更好地理解RMFS系统内在规律,指导电商企业更好地使用RMFS系统提供帮助。     

基于数字孪生的能源互联网数字实验平台设计与建设

本文结合国家能源革命战略背景和能源数字化转型发展趋势,针对能源互联网多学科交叉特点及其信息物理融合特性,提出一种以数字孪生为理念的能源互联网数字化实验平台架构及其构建方法。通过引入数字孪生理念和模型构造技术,使传统能源研究平台向数字空间延伸,形成新型信息物理融合实验平台。通过该平台,既可提升实验室硬件资源灵活配置能力,又可在数字空间构造复杂多元的能源应用研究场景,解决传统能源实验室的现实资源制约难题,同时为探索多方创新合作共研机制及打造开放式数字化集群平台模式提供技术路径。     

基于数字孪生的高动态生产系统联动决策方法

个性化需求引发的随机高动态干扰加大了生产系统高效运作的难度。如何面向随机高动态干扰,构建在线联动决策方法,实现对生产系统的精准决策以支持各生产单元的高效协同成为关键挑战。以模块化生产的多单元联动运作为研究对象,基于数字孪生构建多单元联动决策架构、机制和模型。通过实时精准映像与动态虚拟仿真,实现高动态生产系统的在线协同运作和自主联动决策。最后以某大型化工企业的多单元联动运作为例,验证所提方法可以显著降低系统运作总成本,实现复杂多单元生产系统在高动态干扰下的最优化运作。     

数字孪生视域下的非物质文化遗产设计转化研究

目的 根据当前国内中小型非遗专门类博物馆数字展陈设计发展滞后问题,探索数字孪生视域下的非物质文化遗产数字设计转化方法,为非遗的数字设计保护与传播提供借鉴。方法 以数字孪生技术为基础,梳理数字孪生的起源、发展、相关理论模型和其在文化与设计领域中的应用,在此基础上提出适用于非物质文化遗产的双循环五维结构的数字设计转化模型,针对该模型的虚拟数字文化设计部分,从过去、现在与未来三个时间维度和象态、拟态与意态三个空间层级递进,分析了非遗数字设计转化机制。结果 利用非物质文化遗产数字设计转化模型和非遗数字设计转化机制,得出针对中小型专门类非遗博物馆的数字情景展示设计转化策略,以提升参观者体验,加强对非遗文化的理解。结论 以非遗十里红妆民俗的博物馆情景展示设计为例,基于数字孪生理论使用倾斜摄影测量法,对非遗数字文化设计转化进行实践验证,设计十里红妆博物馆数字展示系统。该实践拓展了非遗数字设计转化的理论思路,并提升了参观者对非遗文化内涵的理解和认同,为中小型非遗专门类博物馆的文化活动空间数字化保护与传播提供了方法参考。     

基于数字孪生的复杂矿用设备预测性维护系统

针对恶劣工况环境下复杂矿用设备状态监测与预测性维护困难等问题,结合状态监测、故障预警和预测维护等多种综合建模与分析预测技术,提出了一种基于数字孪生的预测性维护系统。首先,介绍了复杂矿用设备数字孪生体的设计流程与构建原理,并在搭建数字孪生体的过程中实现了预测性维护系统的功能;然后,研究了基于LabVIEW、MySQL和Unity3D的状态数据获取方法,利用Unity3D开发引擎搭建了三维可视化复杂矿用设备状态监测平台,并通过虚拟空间可视化展示设备当前状态;最后,分析了优化BP（back propagation,反向传播）神经网络在复杂矿用设备故障预警中的适用性,同时利用MATLAB软件建立了复杂矿用设备关键零部件的预测性维护模型,并将预警结果通过MySQL数据库传输至Unity3D开发引擎,以驱动和部署预设维护流程,实现设备状态实时监测下的关键零部件故障预警。根据采煤机液压系统的实际维修流程,制定了混合现实（mixed reality, MR）预测性维护策略,并以采煤机摇臂部液压柱塞泵为实验对象开展有效性验证。结果表明,所构建的预测性维护系统的故障预测准确率高于90%,且故障预警结果可驱动HoloLens眼镜实现虚拟指导的维修交互,验证了该系统预测性维护功能的有效性。研究结果可为复杂矿用设备的预测性维护提供新思路。     

基于数字孪生的产品生产质量管理方法研究

针对现阶段质量管理过程缺少反馈机制、管理存在滞后性等问题,在传统质量管理模式基础上,提出一种基于数字孪生的产品质量管理方法.构建了物理生产车间、虚拟生产车间、车间质量孪生数据和车间质量管理系统相协同的产品质量数字孪生模型,并对数字孪生模型的运行机制进行了阐述.通过对数据采集融合的方法进行设计形成车间质量孪生数据,并利用...     

基于数字孪生的革命旧址监测与预警系统研究

目的 助推数字化技术驱动文物保护和科技赋能,加速推进革命旧址保护工作从"抢救性保护"向"预防性保护"过渡,实现革命文物面向潜在风险的主动安全管理.方法 结合现有革命旧址的保护工作,基于数字孪生五维模型,构建具有革命旧址物理模块、革命旧址虚拟模块、孪生数据模块和应用服务模块的监测预警融合机制与运行路径,实现革命旧址全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化监测预警.结果 形成客观物理革命旧址本体与虚拟革命旧址数字孪生体,同生共存的监测预警新模式,实现革命旧址监测预警的智慧互动、智能管理,实现革命旧址变化可监测、风险可预报、险情可预控、保护可提前的保护目标.结论 为数字化技术驱动文物保护的创新发展提供参考,为建立更加完善和系统的文物大数据云平台提供新路径.     

基于数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修方法研究

为提高机电设备辅助维修的质量和效率,本文利用数字孪生与混合现实技术相结合的机电维修方法,设计了一套基于数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修系统。本文概括了系统的总框架设计,对其硬件部分设计进行了详细介绍,并从维修环境感知、故障识别与匹配等方面详细阐述了系统的软件设计,最后对其进行了试验验证。试验结果表明,该系统具有较高的准确性和稳定性,可为未来的智能制造和维护提供有力支持。     

大数据与数字孪生驱动的智慧校园集成设计研究

目的 为解决智慧城市集成化设计中仍存在数据孤岛与智慧决策的相关问题,因此设计了一套以智慧校园创新服务生态为导向的园区集成设计方案,为大数据与数字孪生驱动的智慧城市构建提供建设新思路。方法 研究通过建立智慧校园数据的标准信息模型,采用结构化数据为主的物联网传感器进行部署,并利用大数据与深度学习方法实现校园的智慧大脑,开发了基于Web 3D与数字孪生驱动的人机共融可视化平台,从可操作性角度制定了可执行、可落地的智慧校园设计。结果 从大数据特点切入对智慧校园的构建状况进行分析,建立智慧校园数据的标准化模型,设计了基于GRU-CNN深度学习智慧大脑的Web 3D与数字孪生驱动可视化平台。实验表明该系统具有数据可视化与智能决策功能,能提供给用户沉浸式、多维动态的人机共融交互体验。结论 利用大数据驱动的数字孪生可视化平台可以实现校区一体化运行,增强校园结构的智能化、高效化和人性化,提高使用效率。智慧校园集成平台设计同时可以推动现代化城市进一步完成数据互通互联、数据可视化、智慧服务管理新模式。为当前智慧城市的建设提供技术及理论参照。     

数字孪生视域下醒狮文化IP的可持续设计与传播研究

目的 数字孪生技术在内容创造、传播渠道、消费模式、思想观念等方面都深刻影响着文化产业,通过数字孪生构建醒狮数字虚拟文化IP,在配合系统感官交互沉浸式体验设计的基础上,探索传统文化可持续设计与传播的策略与方法。方法 应用交叉学科的数字人文视角,将数字孪生的技术与文化三层次理论结合,提取醒狮文化基因,打造醒狮数字虚拟文化IP,突破醒狮文化的时间、空间限制,实现传统文化的保存、继承与发展创新;最后运用李克特量表评价其效果并优化迭代。结论 数字孪生技术为传统文化可持续发展提供了新的机遇,通过对醒狮数字虚拟文化IP的开发、设计与传播的研究,构建基于数字孪生时代背景下传统文化的可持续传播体系,实现运用数字虚拟技术等手段链接传统文化与大众,使传统文化在数字化时代发展中重新焕发新生。     

基于五轴加工中心智能生产线的数字孪生应用研究

智能制造是我国近年来大力倡导的重点发展方向之一.随着智能制造试点的不断建立、发展和完善,数字孪生技术逐步得到应用.基于此,以五轴加工中心智能生产线为例,对数字孪生技术的应用情况进行总结.基于数字孪生技术,按1:1的比例构建五轴加工中心智能生产线上实体设备的数字模型并配置对应的物理属性,使得数字模型具有与实体设备相同的动...     

工业数字孪生数据建模在钢铁行业中的应用研究

目的 工业数字孪生技术在钢铁行业的应用展现了其显著的潜力,成为工厂数字转型的核心技术之一,尤其在数据建模方面。本文梳理工业数字孪生中数据建模技术在钢铁行业中的应用。方法 通过梳理相关文献,重点分析四种数据建模方法,即基于知识的方法、基于机理的方法、基于传统机器学习的方法和基于深度学习的方法,详细介绍这些方法的优势、局限性和具体应用案例。探索了这些方法在数字物理实体融合的工业数字孪生系统构建中的潜力,以及未来模型的可扩展性设计,特别是针对大模型技术的应用。结论 通过这一综述,梳理钢铁行业现有工业数字孪生数据建模技术,为钢铁行业的数字化转型提供有价值的见解,并为未来的研究和实践提供方向。