智能制造中的数字孪生技术

数字孪生是从数字化技术发展演变而来,成为智能制造中热点话题,但目前还存在对数字孪生模糊甚至不同的看法。文章对比分析了人类的意识空间和计算机组成的虚拟空间在制造领域相互关系,从产品的全生命周期来研究数字化对制造业带来的技术变革,探讨数字孪生技术在智能制造中的地位和作用,并展望了数字孪生技术的发展。     

基于数字孪生技术的汽车智能制造实训基地建设探索

结合区域经济发展需求以及涉足汽车制造产业的示范性虚拟仿真实训基地建设紧缺的现状,充分对接汽车制造产业链,服务区域经济发展,为提升职业院校毕业生职业素养进行有益的探索和尝试,创新性提出融入精益生产管理能力培养功能的“整车装配线+装配工艺仿真系统+数字孪生系统”三位一体汽车智能制造虚拟仿真实训基地建设模式,分别从总体架构、实训条件环境建设、实训资源建设等方面展开研究,形成一套“虚-虚”验证与“虚-实”验证结合的完整系统,在虚拟端和现实端实施人才培养,装配工艺仿真系统侧重培养学生岗位基本技术技能,数字孪生系统的虚拟产线侧重学生生产管理的培养,同时考虑精益生产要素与课程思政元素,校企双方共同开发配套的课程资源及特色化“装配工艺实训+精益生产管理实训”的典型实训项目,实现“精益化、智能化、信息化”的有机融合,解决职业教育忽视生产管理能力培养的问题,为汽车制造业发展亟需的“技能+管理”型复合人才培养提供参考和借鉴。     

基于数字孪生技术的智能生产线应用探索

随着工业互联网的蓬勃发展,在新型工业信息系统和工业智能技术的推动下,生产线正向着物理空间与信息空间实时交互融合的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点。针对数字孪生技术的概念研究、工业生产领域中的应用发展、智能生产线应用领域的参考架构与关键技术及其相关研究进展进行了梳理和探讨。归纳和总结了数字孪生技术在智能生产线中的主要应用,阐述了数字孪生技术在智能生产线领域的相关研究和应用进展,并对数字孪生技术在智能生产线应用领域中的未来趋势提出展望和预测,为离散制造企业推进生产线全生命周期管理与数字化转型升级,实现柔性化的智能制造提供一定指导和启示。     

[数字孪生驱动的智能制造]基于数字孪生的航天制造车间生产管控方法

针对目前航天制造车间生产管控中存在的效率低、精细度差、动态响应能力不足等难题,研究了基于数字孪生的制造车间生产管控方法,设计了基于跨网段信息异步交互的航天数字孪生车间架构,提出了航天数字孪生车间的基本组成和虚实融合的制造车间分层管控模式,阐述了面向不同对象的制造智能（MI）和商业智能（BI）场景应用,为军工企业车间生产管控提供了可行的技术途径。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证（第3节）。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。     

[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。     

智能制造领域的数字孪生技术研究可视化知识图谱分析

近年来智能制造已成为制造业未来发展的重要方向,作为践行智能制造理念与目标的数字孪生技术,为解决智能制造过程中的信息物理融合难题提供了有效手段,受到世界各国的广泛关注。为全面解析数字孪生技术在智能制造领域的研究动态和发展趋势,检索Web of Science(WOS)和中国知网(CNKI)数据库的数据源,采用Citespace5.7软件梳理了2011～2021年发表的国内外相关文献,绘制出科学知识图谱,并从文献特征、科研合作、研究热点及前沿分析等不同维度进行定性与定量分析。最后从技术层面和应用层面两个角度预测数字孪生技术在智能制造领域的发展趋势。     

数字孪生制造智能网联汽车事故数据记录技术

智能网联汽车是交通强国战略和《中国制造2025》建设的重要内容之一,也是人工智能落地应用的关键领域。“新基建”背景下智能网联汽车具有跨学科、跨领域特点。随着我国《汽车事故数据记录系统》（GB 39732-2020）强制性国家标准于2022年实施,在智能网联、自动驾驶等技术日趋成熟和核心装备国产化背景下,汽车事件数据记录系统因其在车辆安全与乘员保护、道路交通事故调查与重建等方面的关键性作用,其软硬件智能制造已成为热点研究方向。然而,现有标准更多提供的是功能和性能参考,总体缺乏过程性的制造方案,更缺乏基于数字孪生的制造体系构建方法。因此,针对现有研究存在的公共安全警务场景聚焦性、智能网联场景汽车事故记录系统制造流程、孪生制造架构缺乏等问题,提出一种警务场景智能网联汽车数据记录系统制造数字孪生架构;面向警务车载事故数据记录场景,从数据和应用场景物理空间构建角度,基于所提出制造架构,介绍了一套数字孪生警务场景智能网联汽车事故数据记录装备的软硬件关键技术以及警务应用场景,为研究界和工业界提供了前瞻性架构和设计借鉴。     

基于数字孪生技术的城市电缆智能管理系统研究

面向当前城市电缆管理难题,综合利用数字孪生、大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能及3D GIS等信息技术,使城市电缆运行、管理由实入虚,并通过在虚拟空间的建模、仿真、演绎和操控,以虚控实,支撑电网各项业务数字化管理运营,对传统作业模式和运营模式产生了革命性变化,增强设备数字化管理水平,加快电缆专业数字化转型步伐。     

数字孪生技术在智能制造专业群实训教学项目中的应用研究

文章利用数字孪生技术理论,研究一种辅助智能制造专业群实训教学项目的方法,并以汽车泵芯组装设备生产线作为样例进行阐述说明。结果表明,基于NX-MCD的数字孪生设计方案能够让学生接触到更复杂多样、更贴近企业实际的实训项目,可为智能制造复合型人才的培养提供数字化辅助手段,在智能制造实训教学课程中具有良好的应用效果。     

基于数字孪生的零件智能制造车间调度云平台

零件制造车间中工作要素路径的未知性、时间的不确定性,以及生产要素信息的孤立性,严重影响了车间调度的有效运行。基于数字孪生技术提出一种解决零件智能制造车间调度问题的新方法——调度云平台,构建了调度云平台的框架模型以及调度工作流程;搭建了调度云平台的全生命周期监控系统,监控产品的实时运行状态;基于全生命周期监控系统实时监控的数据,利用大数据分析技术对车间生产过程中多源动态扰动进行预测和诊断,在此基础上提前由调度云平台对动态扰动制定相应扰动策略;为阐述如何将所提模型落地,以某企业零件智能制造车间为例,对调度云平台模型进行应用验证,同时指出了基于数字孪生的零件智能制造车间未来的工作方向。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生车间演化机理及运行机制

针对当前数字孪生车间演化机理不清楚造成其在制造领域技术路线图不明确的问题,从信息流、物料流、控制流三者的作用及关系剖析了当前生产车间所存在的问题和挑战,在总结数字孪生源起与发展现状后,提出从可视化、逻辑、数据三个维度构建可交互、可控制、可计算的虚拟车间,进而探讨从虚拟车间到数字模型车间、数字投影车间和数字孪生车间的演化机理。提出从数字化、智能化、智慧化三个阶段逐步构建数字孪生车间并阐述了各阶段的运行机制及使能技术,可为数字孪生车间在制造领域的推广与应用提供参考。     

基于数字孪生的智能车间管控

针对目前智能车间存在的管理效率低、精准决策难等问题,设计了基于数字孪生智能车间的体系架构,开展了智能车间管控平台应用建设,提出了实时汇数据、智能找问题、精准做决策的生产管控设计理念,解决了数据多端多维度展示、三维场景联动、KPI看板监控业务管理、实时在线异常报警等问题。最后以企业刀具环节基于数字孪生智能车间应用为案例,展开数字孪生技术在智能车间管控平台的实践验证。     

基于数字孪生的冲压智能维护系统研究与应用

汽车覆盖件的冲压生产正在向高速、高效、数字化和智能化的方向转变,同时大型高速冲压线的维护面临结构复杂、故障点多以及专业人员短缺等突出难题,冲压设备维护管理正经历着由事后维修、预防性维护到预测性维护的转变。文章提出了一种基于数字孪生技术的大型高速冲压线设备状态监控及智能维护系统J＿IMS(JIER-intelligent maintenance systems),首先在三维研发软件中构建真实冲压线的数字化孪生模型,通过OPC UA通用构架实时读取高速冲压线的运行数据,打通物理冲压线与孪生冲压线的数据链路,借助Unity数据驱动去驱动冲压线数字孪生模型,从而实现物理冲压线与孪生冲压线的同步运动,通过在大量项目实际应用验证J-IMS的有效性和准确性,为大型高速冲压线的设备状态监控及智能维护提供借鉴。     

基于数字孪生的智能工厂建设

为构建具有"全面感知、设备互联、数字集成、智能预测"等特征的智能工厂运行体系,针对传统工厂/车间管控系统缺乏智能决策等问题,提出基于数字孪生的智能工厂总体架构和虚实集成的信息系统集成模型。阐述基于数字孪生的工厂管控系统在物理工厂的高度自动化、数字孪生系统与物理工厂两方面虚实集成问题,探讨了微服务架构、虚拟仿真系统和工业物联网等技术在数字孪生系统中的应用,并深入分析数字孪生系统的信息集成框架、集成接口等解决方案。最后通过个性化定制的模型车总装车间数字孪生应用案例,指出基于数字孪生的虚拟生产系统具有可视化、实时性、可操作性及可协作性等优势。     

面向智能制造全价值链的精益数字孪生体

数字孪生作为一种关注实现物理世界和信息世界交互融合的新技术,成为国内外智能制造领域研究的热点.尽管随着研究的深入,数字孪生应用技术框架和理论体系逐渐成型,但是现有文献还缺乏对数字孪生应用全过程管理的相关研究.文中通过研究精益管理和数字孪生在智能制造领域中的关系,系统论证了精益管理和数字孪生结合的可行性,并提出了"精益数...     

基于数字孪生的产品制造过程质量管理研究

数字孪生作为“工业4.0”、智能制造以及工业互联网等先进理念的关键使能技术,具有实时同步、高保真度及双向映射等特性,是实现产品物理模型与信息模型交互融合的重要技术手段,现已成为学术界和工业界的研究热点。当前,针对数字孪生的研究主要集中在车间运行方面,然而基于数字孪生的产品制造过程质量管理研究相对较少。为此,提出了一种基于数字孪生的产品制造过程质量管控模型,阐述了产品制造过程质量管理的流程。借助“虚实结合、以虚控实”的手段,系统地分析产品制造过程质量数据的实时采集、质量监测、动态分析、质量预测及智能控制,以提升产品制造质量,并为产品制造过程质量管理提供参考和依据。     

基于数字孪生的多维多尺度智能制造空间及其建模方法

随着数字孪生、信息物理融合系统等新兴技术的发展,如何实现面向制造业应用的物理空间、信息空间与业务空间的多维融合已成为智能制造落地实施的关键。针对该问题,从逻辑关联的视角提出了多维多尺度智能制造空间的内涵与特征,并结合数字孪生技术的实现逻辑,研究了智能制造空间的虚实映射建模方法、复杂多维时空域下智能制造过程及数据建模方法。进一步,结合某叶轮的生产制造案例对所提出的建模方法进行了验证,证明了该建模方法的可行性和有效性,为实现智能制造空间多要素、多业务、多流程的实时同步仿真与虚实联动控制提供了支撑。     

数字孪生在制造中的应用进展综述

随着工业4.0、CPS、智能制造等研究的深入,如何解决制造中物理世界与信息世界之间的交互共融成为进一步推进制造业变革的核心问题。在此背景下,学术界和工业界提出了数字孪生的概念及技术体系,用于解决上述难题。为了全面了解数字孪生研究进展,首先梳理了数字孪生的基本概念,综述了其在航空航天、产品、制造设备及制造车间等阶段的应用进展,重点分析了数字孪生与物联网、大数据、CPS之间的联系与区别,最后指出了数字孪生在制造领域的发展趋势。     

基于数字孪生的制造资源动态优选决策

针对面向服务的智能制造环境下决策数据的准确性和实时性不足,以及协同和动态决策机制欠缺等问题,提出一种基于数字孪生的制造资源动态优选决策方法。设计了基于数字孪生的制造资源动态优选决策架构,并提出设备数字孪生(云/边数字孪生)和产品数字孪生,为决策者提供准确、实时的评价数据;构建基于实时Multi-Agent的资源优选决策多方协同机制,采用层次赋时有色Petri网仿真分析复杂制造任务中的瓶颈设备资源;采用序关系分析法计算评价指标权重,引入参考理想法对候选制造资源进行综合评估。将该方法应用于某航空发动机叶片制造企业设备资源优选中,验证了所提方法的可行性和有效性。