基于数字孪生的智能产线的设计与研究

为了展示智能生产线的工作和调试过程,解决高职教育或培训中存在的学时和教学设备的问题,使用NX MCD+TIA构建了智能生产线数字孪生虚拟仿真实训教学平台,该平台既可以进行软件在环虚拟仿真,也可以进行硬件在环虚实同步调试,实训平台的创建和推广将对培养大学生创新精神和工程实践能力起到重要作用。     

基于数字孪生的虚拟仿真系统研究与应用

为解决全实物平台开发环境搭建困难、不便于测试与维护等问题,在研究PowerPC 处理器的实时嵌入式开发的基础上,采用数字孪生技术的设计思想,完成了一种拥有故障模拟与注入、协同仿真与模块化编程等功能的超实时虚拟仿真系统;提出了一种全数字仿真系统的设计与实现方法,基于数字孪生技术把硬件主板上的处理器以及外围设备虚拟化,集成到数字模型当中;各模型之间相互协同控制,实现CPU控制外部设备与动力学模型等设备之间的通信,以及数据收发、内存读写、串口输出等行为,最终实现与物理设备相同的功能;另外,采用了虚实结合的方法验证了运行结果的准确性,加快了软件执行效率,便于快速全面的系统开发与测试,从而更好地运用到各个领域当中。     

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。     

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。     

数字孪生虚拟制衣平台的设计

本文针对传统制衣行业存在的服装设计流程复杂、打板制样步骤繁琐、生产线无法满足定制化生产需求等问题,提出基于数字孪生的虚拟制衣平台。该平台基于数字化虚拟仿真设计,使用量体数据完成定制化服装生产。参数化设计系统获取量体数据,结合款式面料和辅料系统,根据人体尺寸进行参数化制版,形成定制化智能样版;根据智能制版进行排料裁剪缝制等工序,能够实现大部分传统制衣流程,可有效降低服装行业的时间成本和经济成本,提高服装设计、打板、试产的效率。可实现从人体尺寸获取、在线下单,到服装尺寸优化、面料制版裁剪,最后到生产线缝制的全生命周期智能化,实现服装定制行业的智能制造。     

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。     

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...     

智能制造下产品数字孪生体全生命周期研究

针对信息物理融合系统在智能制造领域中的应用新范式,提出了产品数字孪生体全生命周期的理论框架.数字孪生的出现为信息物理融合理念的实现提供可行的思路和途径.从数字孪生概念的发展背景出发,分别从物理对象和物理对象的发展过程分析数字孪生和数字孪生体的定义,在此基础上进一步分析了数字孪生体全生命周期的内涵和特征.数字孪生体全生命...     

A Dual Closed-Loop Digital Twin Construction Method for Optimizing the Copper Disc Casting Process

The copper disc casting machine is core equipment for producing copper anode plates in the copper metallurgy industry. The copper disc casting machine casting package motion curve(CPMC) is significant for precise casting and efficient production. However, the lack of exact casting modeling and real-time simulation information severely restricts dynamic CPMC optimization. To this end, a liquid copper droplet model describes the casting package copper flow pattern in the casting process. Furthermo...     

断路器柔性装配车间数字孪生系统设计

为优化断路器装配车间的产线结构和作业方法,结合数字孪生技术,提出一种基于多机器人运动控制的断路器柔性自动化车间装配方案。面向自动化装配单元,结合工业机器人的柔性装配工艺及方法,对实体装配车间进行全物理属性的数字化建模,同时建立多机器人的运动学控制模型,将机器人的三维运动模型应用于虚拟孪生场景。通过数据的交互传递,实现物理单元与虚拟单元的实时链接,将车间机器人的运动轨迹、装配状态、作业运送流程等数据信息进行实时显示,从而实现断路器柔性装配数字孪生系统的搭建与同步映射。实验结果证明,所提方案对实现断路器柔性装配有显著效果。     

数字车间生产调度原型系统及调度仿真

文章介绍所开发的一个基于Agent的数字车间的生产调度原型系统,包括它的组成、结构、平台选择和软件运行环境等方面的内容;并结合一个实际的生产任务,对车间调度系统对生产任务的招投标过程进行了仿真。     

基于数字孪生的三维电力管道系统

在电力行业,目前电厂对电力管道服役状态的监督管理仍然停留在由人工完成的“静态”阶段,存在掌控信息不全面和不及时的问题,无法满足安全生产的需要.传统的数字化软件操作繁琐、功能不足,且缺乏对管道运维信息的关注.针对以上问题,本文提出了数字孪生五维模型的三维电力管道系统设计.首先,采用草图造型和参数化方法进行管道系统的三维重建,快速实现虚拟实体的构建,直观展示系统的真实场景;然后,采用智能的管理技术,获取和维护管道的运行信息,评估与预测管道的安全状态,实现物理与虚拟信息的融合;最后,基于系统的应用框架进行系统设计,并实现了界面简洁和功能实用的系统原型.目前该系统已经在电厂试运行,初步结果显示该系统对电厂的运维和安全化管理起到了较好的效果.     

Digital Twin for Human-Robot Interactive Welding and Welder Behavior Analysis

This paper presents an innovative investigation on prototyping a digital twin(DT)as the platform for human-robot interactive welding and welder behavior analysis.This humanrobot interaction(HRI)working style helps to enhance human users'operational productivity and comfort;while data-driven welder behavior analysis benefits to further novice welder training.This HRI system includes three modules:1)a human user who demonstrates the welding operations offsite with her/his operations recorded by the motion-tracked handles;2)a robot that executes the demonstrated welding operations to complete the physical welding tasks onsite;3)a DT system that is developed based on virtual reality(VR)as a digital replica of the physical human-robot interactive welding environment.The DT system bridges a human user and robot through a bi-directional information flow:a)transmitting demonstrated welding operations in VR to the robot in the physical environment;b)displaying the physical welding scenes to human users in VR.Compared to existing DT systems reported in the literatures,the developed one provides better capability in engaging human users in interacting with welding scenes,through an augmented VR.To verify the effectiveness,six welders,skilled with certain manual welding training and unskilled without any training,tested the system by completing the same welding job;three skilled welders produce satisfied welded workpieces,while the other three unskilled do not.A data-driven approach as a combination of fast Fourier transform(FFT),principal component analysis(PCA),and support vector machine(SVM)is developed to analyze their behaviors.Given an operation sequence,i.e.,motion speed sequence of the welding torch,frequency features are firstly extracted by FFT and then reduced in dimension through PCA,which are finally routed into SVM for classification.The trained model demonstrates a 94.44%classification accuracy in the testing dataset.The successful pattern recognition in skilled welder operations should benefit to accelerate novice welder training.     

基于MATLAB的智能住宅终端测试系统

基于智能家居终端系统现状,本文介绍了一套智能终端检测系统的总体设计,对其数字信号处理部分进行了研究,并就其实现和实验验证等方面给出了详细的论述.     

基于动力学的张拉整体柔性臂数字孪生系统

连续型机器人因其具有柔顺大变形、灵巧运动等特点,已成为未来提升机器人安全性和交互性的发展趋势,而数字孪生是实现机器人-环境-人之间共融共存的重要技术保障.本文以张拉整体连续型柔性臂为研究对象,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,让张拉整体柔性臂在虚拟空间和实际物理空间中得以深度融合.搭建数据通讯架构实现数据实时传输和驱动,以提升柔性臂与人的协同工作效率,并可在复杂的环境中通过碰撞检测反馈实现动态避障.进一步,开发了一款基于动力学的张拉整体柔性臂数字孪生系统,并通过虚实双向操控验证了所建系统的有效性,为机器人远程智能监测与控制提供了参考.     

非结构化数据压缩算法在数字孪生系统中的应用

针对现有的车间流程制造系统存在计算框架成本高、分类数据精度低等问题,本研究基于配置、运动、控制和优化模型搭建数字孪生系统,开发了一种用于数字控制的硬件在环(HIL)系统,提出了一种基于增量学习的非结构化数据分类模型.实验结果表明,本研究分类精度最高为94％.     

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构。详细阐述该体系架构搭建所涉及的相关技术：四旋翼飞行器的数字孪生建模;以传感器技术与无线通讯技术为载体的数据采集与传输;本地数据库配合Hadoop技术进行大数据存储、挖掘。对实际的四旋翼飞行器进行了模型仿真与实地测试,验证了所设计的数字孪生系统的有效性,达到了四旋翼飞行器的运行过程透明化和利用孪生数据优化飞行控制与机身状态的效果。     

基于数字孪生的变电设备运维系统及其构建

针对变电设备周期状态管控难、运检效率低等问题,基于数字孪生理论,构建基于真实变电设备运维的数字化模型及系统。首先,在信息层建立能反映变电设备换流变、调相机、GIS（Gas Insulated Substation）这3类设备真实状态的数字孪生体;其次,基于换流变、调相机、GIS历史大数据,通过数字孪生体的变电站设备进行统计分析,并根据采集的实时数据、运维数据来预测变电站设备下一时刻的状态,使变电设备实现实际变电站内物理层与信息层数据的融合;最后,以变电站设备运维为对象,采用信息物理融合系统进行运维数据的集成和同步,形成最终变电设备运维数字孪生框架系统。相关研究表明,运用数字孪生技术可以对变电设备运维系统运行效率的提升和对变电站整体智能化提供强有力的技术支撑。