基于数字孪生的飞机装配状态巡检机器人的建模与控制

针对飞机装配状态的检验工作,传统的检验方法是人工巡检,效率低、无监督且易出错.为解决上述人工巡检存在的问题,提出一种基于数字孪生的巡检机器人系统,通过数字孪生系统物理层和模型层的双向数据传输实现机器人相机朝向的实时优化和虚实机器人的状态同步,获取待检测区域的真实图像和标准数模图像,通过虚实图像对比获取检测结果,并使用多...     

面向智能制造终端的车间生产数据采集与传输方法

智能制造的核心要素是数据,实现数据实时高效传输是辅助制造业数字化、智能化、网络化发展的重要助力,针对智能车间现场多品牌、多接口设备数据传输需求,研究了智能制造终端的车间生产数据采集与传输方法。基于车间生产线的工控PLC,使用OPCUA完成数据的采集工作,搭建Restful服务器实现数据传输,以JSON数据串的形式将采集到的数据发送至下游数字孪生车间系统。     

基于数字孪生机床模型的加工路径优化研究

制造业个性化加工转型对数控机床加工控制提出了更高的要求,针对固定工况构建的数字孪生模型无法适应生产要求进行加工路径的调整问题,本研究提出了以改进的遗传模拟退火算法（IGASA算法）嵌入到数字孪生机床模型,根据实际加工需求,构建了走刀长度与换刀成本综合最小化的目标函数,并设定了数控加工运动干涉约束、重复走刀约束、基元加工顺序约束、刀具寿命约束四种约束,以IGASA算法进行目标求解,以获取到最优加工路径。同时,通过数字孪生机床模型实现对数控机床的虚拟映射,实时获取加工数据与数控机床运行数据,并根据数据变动,采用IGASA算法进行最优加工路径的自适应更新。验证表明,该方法可以重新进行加工路径的更新,案例中的加工路径长度缩小了141.56mm,表明该方法的有效性。     

数字孪生模型构建理论及应用

数字孪生作为实现数字化转型和促进智能化升级的重要使能途径,一直备受各行各业关注,已从理论研究走向了实际应用阶段.数字孪生是以多维虚拟模型和融合数据双驱动,通过虚实闭环交互,来实现监控、仿真、预测、优化等实际功能服务和应用需求,其中数字孪生模型构建是实现数字孪生落地应用的前提.针对如何构建数字孪生模型问题,首先提出了数字...     

净水厂数字孪生模型构建方法研究与实践

为解决净水厂数字孪生模型构建问题，基于数字孪生五维模型，结合净水厂全流程工艺要求提出全要素数字孪生模型构建方法。通过净水厂多层次多尺度数字孪生几何模型，对净水厂全要素及其关系进行数字化呈现；通过标识解析、数据采集、语义描述和有限状态机行为搭建净水厂数字孪生信息模型，实现物理世界与数字空间的虚实映射和数字化表达；通过“机理+智能”混合驱动搭建净水厂数字孪生决策模型，对净水厂的运行机理和规律进行刻画。基于所提理论和方法设计开发了数字孪生净水厂运维管控一体化平台，为构建净水厂数字孪生模型提供了参考。     

基于自适应运动学模型的镜像型迭代学习控制

针对一类具有对称期望轨迹跟踪的工业机器人系统,在运动学模型参数存在偏差的情况下,提出一种基于自适应运动学模型的镜像型迭代学习控制方法.首先,利用期望轨迹的对称特征,将其以中点为界分解成前后两个半轨迹,交替使用两个半轨迹的控制信息,不断优化调整对应半轨迹下次迭代的控制输入,缩短迭代学习周期,实现了具有镜像特征轨迹的迭代学...     

仿爬行类四足步行机器人运动学标定模型研究

针对步行机器人在实际运动中存在的运动误差问题,在介绍仿爬行类机器人Mini Quad-Ⅰ结构的基础上,建立了该类机器人的几何参数模型。讨论了该类四足步行机器人参数误差与结构尺寸及运动轨迹误差的关系,对该类机器人运动学的标定模型进行了详细研究。通过测量机器人在给定轨迹下运动时,机体位姿的变化及各关节运动角的实际运动角,对机器人的结构参数进行标定。开发了标定参数的自动计算系统,并以实例进行了说明。为建立机器人的相对精确控制模型奠定了基础。     

双臂SCARA机器人运动学分析与仿真

针对快速插件领域应用通用机器人存在的工作效率低、性价比低等问题,设计了一种5自由度的双臂SCARA机器人的虚拟样机。首先基于D-H法建立了正逆运动学模型,其次双臂机器人给出了工具坐标系、世界坐标系标定方法,最后基于Matlab对虚拟样机成功进行了双臂协同运动仿真。研究结果可为进一步研究双臂机器人的开发与工程应用提供参考。     

并联机器人运动学标定方法研究

并联机器人运动学误差的标定是并联机器人工程应用的主要问题之一,测量位形的选择和辨识算法对参数辨识结果和误差补偿效果有重要影响。工程实践中,为了提高测量效率或者受到测量环境的限制,往往利用布置简单和数量较少的位形获取测量数据,这可能导致所构造的线性回归模型出现强复共线性,为此提出了一种残差比例指标的测量位形优选方法和一种主元分析的几何误差源辨识算法来实现变量空间的降维操作,二者可有效地提高测量效率,改善辨识算法的鲁棒性和抗差能力。通过计算机仿真验证了所提方法正确可行。     

数字孪生在制造业中的应用研究综述

数字孪生(digital twin)作为一种全新的信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)技术,一直备受各行各业关注。近年来,随着物联网、新型传感器和5G等新技术在传统制造业中的应用,数字孪生驱动的智能制造模式的落地应用进程也不断加快。首先回顾了数字孪生的产生背景和概念演化。在此基础上,总结了数字孪生在制造业多个领域中的应用现状。最后阐述了其在制造业的应用趋势。     

[数据驱动的智能服务]数据驱动的复杂产品智能服务技术与应用

随着传感器、数据采集装置和其他具备感知能力的模块在复杂产品服务运行阶段的应用,复杂产品运维系统的数字化和智能化程度越来越高,具有实时、多源、异构、海量等特性的数据成为提高复杂产品系统可靠和低成本运行的决策依据,数字孪生技术提供了一种有效途径。介绍了数据驱动的复杂产品智能服务研究进展;分析了数据驱动的智能服务基本特征与框架模型;提出了数据驱动的复杂产品智能服务方法,主要包括面向服务的复杂产品建模与仿真方法、数据驱动的服务需求获取与精准分析预测方法、基于数字孪生的设备故障识别与动态性能预测方法、数据驱动的装备视情维修与备件库存联合多目标决策优化方法、基于数字孪生的复杂产品辅助维修技术、多要素协同的复杂装备能效精准分析预测方法、基于数据挖掘的复杂产品运行优化控制方法等;给出了智能服务系统的应用案例。所提出的框架和方法可为现代制造服务的智能化转型升级提供参考。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于文献计量的数字孪生研究进展分析

伴随物联网技术、云计算及机器学习等新一代信息技术的迅速发展,数字孪生技术已逐渐成为新的研究热点。基于文献计量法,对1994年以来全球486篇数字孪生相关论文的研究领域、国家与地区、论文发布期刊、关键词、研究作者及高被引论文等模块展开详细分析。结果表明,数字孪生作为一个新的研究课题,其技术挖掘性强,已在制造工程、计算机科学及电子工程等领域得到了广泛应用。在智能制造刚性需求的驱动下,数字孪生技术在未来具有非常好的理论研究和技术应用前景。     

基于J2EE的工艺装备管理系统设计

在对某航空企业工艺装备的制造过程以及日常管理进行详细调研的基础上，首先对工装的设计、制造过程以及日常管理的业务进行建模，将工装的设计、制造过程管理和日常管理纳入一套标准的流程控制中，解决在工装制造过程中由于“信息孤岛”而带来的诸多问题。基于J2EE体系构架提出系统结构模型和各个功能模型以及数据模型的建立和数据库的实现，既对工装制造过程的动态信息进行有效的控制和跟踪，又能对工装的静态信息进行管理。     

基于数字孪生的数控设备互联互通及可视化

全球制造业正在向着智能化、规模化的方向快速发展,但是数控设备之间存在数据接口不统一、设备数据交互困难、现场设备状态监测成本较高等难题.现提出一种基于数字孪生的数控设备互联互通及可视化技术,首先利用三维激光扫描技术构建车间数控设备数字孪生模型,通过OPCUA通讯构架读取数控设备的实时运行数据,并转化格式后存入数据库作为指...     

知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法

对加工过程的实时观察、分析和控制是优化零部件加工策略的重要组成部分。通过融合几何状态、物理状态和设备状态变化等多维、实时的加工过程数据,可以实现对加工过程的建模和监控。数字孪生模型是数字孪生系统的核心与基础。但是,目前还缺乏一种系统且能自适应开发高保真、多尺度、多维加工数字孪生建模方法,以辅助系统进行分析与决策。提出了一种知识驱动的加工产品数字孪生拟态建模方法,可以在加工过程中自适应地构建产品数字孪生模型。该模型可根据加工过程自适应的变化,实时表达加工过程中的产品,为数字孪生决策系统提供数据支持。最后在一个航天零件的加工过程中测试了该方法,验证数字孪生拟态模型在加工中应用的可行性。     

测绘相机光学镜筒设计、加工及装配

测绘相机光学镜筒是保障测绘相机完成高精度测绘任务的重要部件,它的性能好坏直接影响测绘相机成像质量。为得到高质量成像相机,本文从材料选取、结构形式的确定和性能分析等方面详细阐述了测绘相机光学镜筒的设计过程。通过分析比较,最终选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,并通过PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒装配体的静力学和动力学分析得到具有很好整体性能的光机结构;同时给出了形位公差要求、拟定了严格的薄壁壳体的加工方法,并论述了单镜组和主镜筒整体装配的过程。     

大口径光电探测设备主镜晃动的误差补偿

针对大口径光电探测设备在随俯仰角变化时由于主镜支撑点的变化而产生的晃动,研究了在静态测量时如何补偿主镜晃动造成的误差以提高大口径望远镜的静态测量精度。首先给出了一个1m口径望远镜的支撑结构和力学模型,在分析了传统三轴误差补偿方法和球谐误差补偿方法的基础上提出了针对大口径望远镜的误差补偿方法。在外场对光测设备进行了标校实验,选取32颗恒星在修正了蒙气差后对各个系统差进行求解,得出了主镜晃动误差和三轴差。与传统误差补偿方法的比较结果显示:加入主镜晃动误差补偿后,望远镜的静态测量精度从15.4″提高到了2.5″。此种方法物理意义明确,各误差分量重复性好,对主镜晃动误差进行补偿修正后提高了大口径望远镜的静态测量精度。     

碟式太阳能聚光器镜面组件设计及制造工艺

介绍了三种碟式太阳能聚光器及其镜面组件的结构形式,针对西航公司自主研发的20k W/25k W斯特林太阳能热发电系统,设计了其聚光器镜面组件,进行了在9级风和自重条件下镜面组件的刚度模拟计算,介绍了镜面组件的制造工艺及关键技术,通过太阳光聚光试验,光斑直径可以达到15cm,表明所设计的镜面组件可以实现聚光要求。     

面向人机交互的数字孪生系统工业安全控制体系与关键技术

面向人机交互的数字孪生系统工业安全控制体系与技术是系统应用实施的重要支撑,为了突破数字孪生系统中人机交互的安全控制机制和若干关键技术,在分析面向人机交互的数字孪生系统特征的基础上,建立了面向人机交互的数字孪生系统工业安全与控制体系架构,提出数字孪生系统工业安全与控制机制,研究了系统工业安全与控制关键技术,包括人机远程安...     

基于网络的智能制造系统控制机制

在分析当前制造系统的基础上,提出了基于网络的智能制造系统的分布式控制结构。并对结构中所包含的3层：交互层、任务管理层、执行层的功能结构以及相互之间的协调关系进行了阐述与说明。最后对该控制结构进行了模拟仿真,实现了制造系统的高度柔性和快速响应性。