工业互联网安全应急响应的数字孪生技术分析

工业互联网又被称为第四代工业革命基石,借助互联网背景及技术,将互联网进行延伸、外扩。将互联网技术与工业经济深度融合,形成从基础设施到应用模式,包含人、机、物、平台等的全面控制管理,形成创新的数字化、网络化、智能化工业发展。基于此,工业互联网的安全性尤为重要。相关应急响应工作也具有重要意义,开展有效控制,避免因为安全问题导致工业互联网产业链受到影响,减少各种损失。本文通过分析工业互联网安全需求,阐述其应急响应的概念及意义,并对相关的数字孪生安全技术进行分析,优化具体应用措施和控制方案,以期为工业互联网产业链安全保障提供参考依据。     

基于数字孪生的物联网工业运维系统

现如今,物联网技术已经得到了长足的发展,以物联网技术为基础的各类应用充满于我们的生活。建立了一个基于数字孪生的物联网工业运维系统,该系统通过数字孪生技术将实际场景中的工业设备与虚拟场景进行了数字映射,将真实的物理场景的静态特征和动态特征同步在虚拟场景中,再通过逻辑脚本实现将孪生模型和由传感器获得的孪生数据进行联动。通过物联网技术、MQTT通信协议技术、数据库技术和前端界面技术实现了工业运维系统,维保人员无需实际到达实际现场便实现对工业设备进行可视化云巡线、云调试和云监控。     

基于数字孪生的智能产品模块管控交互仿真

在信息技术赋予智能产品智能特性的前提下,为了通过智能产品的管控提升工作过程的整体性能,提出了基于数字孪生的智能产品模块管控交互方法.针对智能产品模块具有的物理域和信息域两种特性,将智能产品分为感知模块、交互模块、推理模块、存储模块和执行模块.采用公理化设计理论对智能产品管控指标体系进行构建,整个智能产品实时数据模型主要...     

工业数字孪生关键技术研究与实现

为了实现工业与数字化的融合,提高工业生产的效率与质量,研究了一种基于数字孪生关键技术的工业机器人实时监测和控制方法。构建工业机器人的实体建模,为工业机器人的实时监测奠定基础,提取机器人运行的几何特征与姿态特征,构建工业机器人的孪生虚拟模型,应用感知数据技术,建立虚实映射关联模型,将工业机器人实际的运动状态,与智能数字化的技术精确融合,完成对工业机器人的实时监测与控制,实现工业数字孪生关键技术的应用。仿真模拟试验结果显示,对于5组工业机器人运行数据信息,设计方法模拟运行所用时间均比传统方法快,具有高效性与实时性,对于随机的工业机器人关节节点的力矩曲线,与实际工业机器人运行的同一关节力矩曲线重合度更高,具有精准性。     

基于数字孪生的水务工业控制系统攻防验证技术

随着工业物联网的发展,水务工业控制系统面临着工控现场设备不能碰、工控网络环境不能改动、工控系统安全隐患分析不充分等痛点问题.迫切需要搭建面向特定行业的工控安全仿真验证环境,实现工控安全问题充分暴露,安全隐患充分验证等目标.文章利用数字孪生新兴技术,实现了水务制水工艺流程和工业机理的仿真建模.通过搭建水务系统数字孪生仿真...     

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。     

基于数字孪生的机器人综合实验系统研究

以工业机器人为核心,搭建机器人综合实验系统,通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）等硬件检测装置,采集设备各项数据。利用OPC UA通信协议,将采集到的信号与数字孪生（Digital Twin）虚拟平台关联起来,实现虚实同步,以实控虚、以虚控实的操作。通过案例研究,实现机器人综合实验系统数字孪生,为机器人工作站设计、仿真、验证、教学等需求提供解决方案。此外,案例的研究为将数字孪生技术切实应用到实际生产开发工作中提供了一个良好的途径。     

基于概念漂移检测的数字孪生流程预测模型

预测性流程监控可以在业务流程运行过程中提供及时的信息,以便采取措施来应对潜在风险,如何提高流程预测的准确度一直受到高度关注。现有的研究方法大部分都在静态环境下引入,很少有结合数字孪生技术在动态环境中的流程预测。为此,提出了一个基于概念漂移检测的方法,并构建数字孪生流程预测模型（digital twin based on concept drift,DTBCD）预测下一个活动。首先利用事件流行为关系和权重散度将流程中的活动进行特征提取,得到数据流的特征集,其次进行漂移检测,动态选择特征集输入人工智能模型中训练并预测下一个活动,然后运用物联网和云计算等先进技术创建数字孪生虚拟环境,最后得到基于概念漂移的数字孪生模型。通过公开可用的数据集进行评估分析,实验结果表明,提出的方法能够有效提高预测的准确性。     

十字线激光图像的快速边缘检测方法

针对工程应用中十字线激光图像存在较大干扰噪声和要求图像处理速度快的特点，提出了一个快速准确的边缘检测方法。在图像处理时先找出图像中的有用区域，采用基于局域亮度最大的方法在有用区域内找出像素级的边缘点，对这些像素级的边缘点进行亚像素处理得到更高角度的边缘点，用最小二乘法计算出两条直线，最后计算出交点坐标和水平倾角。用640×480像素摄像机（光靶分辨率为0．0627mm／像素）在4．3m摄取50幅图像进行处理，标准差X为0．0ll9mm，Y为0．0235mm。水平倾角为1．89’。方法应用于导轨直线度和扭曲度检测中，取得了很好的效果。     

面向自适应巡航控制的数字孪生仿真系统研究

针对传统仿真方法在测试内容、效率和成本等方面的挑战,提出面向自适应巡航控制的数字孪生仿真系统（Adaptive Cruise Control Twin Simulation System,ACC-TwinSim）。采用CarSim和MATLAB的Simulink工具,构建了自适应巡航控制的虚拟仿真场景,同时利用数字孪生技术实时模拟和监控物理系统,通过rtamt库验证自适应巡航控制仿真系统的行为规范,提高了测试的效率和实验的可靠性。     

面向数字孪生流域的云网融合架构研究

数字孪生流域建设是智慧水利建设的重要标志,是推动流域水利高质量发展的必然要求。为了应对当前数字孪生流域建设过程中面临的流域物联感知能力、通信传输网络资源、模型算法仿真计算水平等方面的不足而产生的挑战,本文结合云网融合的云网协同、按需互联、敏捷智能的服务能力特性,基于云网融合层次化的设计思想,把流域云和网充分融合,有效调度并应用计算、通信、存储等基础设施资源,提出了面向数字孪生流域的云网融合逻辑架构,梳理并阐述了水利感知网云网融合服务实现、水利信息网云网融合服务实现、数字孪生平台算力服务实现等可应用于数字孪生流域建设的云网融合服务架构,总结分析了面向数字孪生流域的云网融合关键技术。研究对充分发挥新一代信息技术对数字孪生流域建设的支撑驱动作用具有重要参考意义。     

数字保护中卡尔曼滤波算法的改进

介绍数字保护中卡尔曼滤波算法的一种改进,使它更适合实现.改进后的卡尔曼滤波克服了原本复杂的迭代过程,使得真正用硬件逻辑实现卡尔曼滤波成为可能.     

面向智能矿山的数字孪生技术研究进展

智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状：在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等;在煤矿生产方面,数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护。从物理实体、虚拟实体、连接交互、数字孪生数据及功能服务5个维度入手探讨了智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题：物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发,虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究,连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术,数字孪生数据维度需解决高性能计算等问题,功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法,以便更好地适应现场环境。从矿井规划设计、开发、建设阶段的灾害预防性设计、生产系统设计、地质环境预测,矿井生产运营阶段的灾害预警及防控、生产调度决策优化、生产设备全生命周期管理等方面展望了数字孪生技术在智能矿山领域的发展趋势,认为宜针对关键部件或装备,核心环节,重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。     

基于数字孪生技术的自动物料检测输送线设计与仿真

以自动物料检测输送线为例,阐述数字孪生技术在自动化生产线设备设计与控制仿真中的应用,着重讲解数字孪生系统体系架构、输送线设计的关键技术、输送线功能、数字孪生模型构建、设备控制程序设计以及控制程序与数字孪生模型的仿真调试,为实现数字孪生提供了技术参考方案。     

面向电力装备的工业互联网平台架构及应用

针对如何利用云计算和数字孪生等技术手段应对高端装备设计制造的数字化转型问题,构建了一种依托高性能计算资源的工业互联网云平台架构。以汽轮发电机设计制造流程不同环节为对象,依靠本平台关键基础服务开发集成了相关工业APP,案例展示了该平台以及工业APP在研发设计、生产制造、运维管理中的典型应用。结果表明,该云平台可以促进相关电力装备数字化研发制造水平的提高,同时也适用于其他装备制造领域。     

多导航传感器系统实时在线性能评估算法研究

从实际工程应用的角度出发,提出了多套导航系统存在情况下的导航系统性能实时在线评估算法。对同类测量导航系统采用加权最小二乘算法以得到一套更高精度的测量信息,在此基础上,利用开环卡尔曼滤波分别对惯导系统实现实时信息融合,再对单独融合后的导航结果进行加权处理得到最终的融合导航结果,并以此作为导航系统性能评价的基准和实现对导航系统的在线故障检测。通过实时仿真结果表明:应用该算法对导航系统进行评估,能够在不增加系统本身负担的情况下,具有较高的性能评价精度,是一种切实可行的方法。     

数字相机在工业零件检测中的应用

本介绍了应用数字相机实时拍摄工业零件获取的数字影像，通过数字图像处理技术确定待检测目标的位置，与标准模板或设计参数比较以监控工业零件加工质量的方法。首先利用Wang-Trinder圆点定位算子求得待检测目标的近似位置，再以此为初值用量小二乘影像匹配法进一步确定待检测目标的精确坐标，并用严密的直接线性变换（DLT）模型对数字影像进行畸变改正。通过对某厂加工的高精度钢板进行了检测试验取得了良好的检测结果。     

基于矩阵SVD的手写数字分类及其特征区域的SVD优化

本文提出了三种利用矩阵的SVD分解来实现手写数字分类的方法。第一种方法基于矩阵的svd分解,将每一个数字用一个一维向量表示而对某一类的数字组成的矩阵进行奇异值分解(SVD);第二种方法是对特征区域的SVD优化,是对第一种方法的基础上进行的改进;两种方法最终的分类实现都是运用相应的最小二乘问题的方法求解。采用USPS的手写数字数据库进行训练和测试,并对两种方法的结果进行了简要对比。     

面向配电网终端设备的数字孪生映射方法研究

提出了一种面向配电网终端设备的数字孪生映射方法,推动电网企业数字化转型和电力系统自动化,降低成本与安全风险。方法利用虚拟数字孪生空间映射电网物理设备,实现对区域配电网多类型设备故障的实时诊断。首先,对配电网终端设备数据进行压缩转换和级联映射,提取感知终端监测信息与物理拓扑连接关系。其次,采用改进的轻量级Yolov4网络模型进行设备类型识别与分割,结合物理拓扑图进行数字孪生映射,形成设备孪生模型。最后,设计基于卷积注意力机制的状态评估模型,充分考虑区域设备关联与故障特征,实现对设备孪生模型的故障评估及物理空间设备的状态反馈。上述创新方法有望为电力行业带来更高效、安全的运行模式,推进电网智能化发展。