基于数字孪生的车间扰动判别与重调度研究

针对车间生产过程中扰动事件频发、扰动影响程度难以判别以及现有重调度方案应用不理想等问题,提出一种基于数字孪生的车间重调度方法,建立了扰动分层判别机制,分别采用数字孪生虚拟模型与支持向量机(Support Vector Machine, SVM)分类决策模型识别显性与隐性扰动,为重调度触发提供决策;通过算法与数字孪生虚拟模型协同优化,得到兼具效率和稳定性的重调度方案。以某大型机械制造工厂为例,仿真实验结果表明,建立的扰动分层判别机制能对车间扰动类型进行有效判别,通过数字孪生虚拟模型仿真输出性能指标能够判定显性扰动,SVM分类决策模型对于隐性扰动的识别具有较高的准确率;基于数字孪生的车间重调度方案可得到效率较高、工序变动成本较低的重调度方案,提高了车间的生产性能。     

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。     

基于数字孪生的生产车间运行状态在线预测

针对数字孪生车间的在线预测难题,提出一种实时数据驱动的数字孪生车间运行状态在线预测方法.分析了车间数字孪生体的内涵和运行机制,构建了基于车间数字孪生体的仿真预测框架,阐述了基于事件调度法的仿真运行逻辑,建立了数字孪生车间输入特性、样本生成、事件处理逻辑之间的关系,融合实时数据实现了基于持续瞬态仿真的车间在线预测.设计并...     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度。构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架和调度问题模型,详细阐述了基于实时数据和神经网络的工时在线预测、面向复杂产品离散装配的数字孪生车间动态调度等关键实现技术;构建了复杂产品离散装配车间调度系统,并以某航天产品装配车间的调度过程为例,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化方法及验证

针对当前化纤长丝生产车间的装备故障率高、远程运维难、装备协作易失败,尤其在化纤长丝落卷作业过程中存在作业策略效率低的难题,提出并构建了基于数字孪生的化纤长丝落卷作业优化系统。建立了基于数字孪生五维模型的落卷作业数字孪生模型,在实时数据驱动下,实现了化纤长丝生产车间的三维可视化监视与精准管控;重点针对化纤长丝落卷生产线作业方法问题,提出一种考虑多目标的自动落卷机作业策略调度优化方法,并进行仿真验证。通过在某化纤长丝生产企业进行落地应用,表明所构建的数字孪生系统和作业策略的有效性。     

基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统研究

数字孪生连接物理世界与信息世界,可实时仿真物理系统,并提供预测结果,为优化决策提供参考.对基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统进行研究,提出了基于核主成分分析和极限学习机的刀具磨损状态智能监测算法.对基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统架构进行了介绍,对刀具磨损状态智能监测算法进行了分析,并通过试验确认基于云计算的刀具状态监测数字孪生系统可以实现数字模型对物理模型的反向控制,相较其它算法具有更高的精度.     

基于数字孪生的卷烟厂仓储研究与应用

针对目前仓储存在运作效率低、数据实时性差、设备健康管理缺乏等问题，设计了基于数字孪生的仓储优化方案。通过三维模型和虚拟场景的搭建，构建了仓储的数字孪生模型，提出了数字孪生仓储的体系架构，选用了OPC UA通讯框架进行数据采集和通信，利用数据驱动数字孪生模型，实现了数字空间与物理空间的交互融合。最后通过某卷烟厂仓储的落地应用，验证了系统的可行性和有效性，为数字孪生技术在仓储管理领域的应用提供了技术支撑。     

面向数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度

在船用柴油机装配过程中,普遍存在动态扰动事件频发、生产状态监控不足等缺陷,导致生产过程偏离调度计划且无法对扰动事件进行快速响应。为解决调度计划偏差和快速响应这两个难题,将数字孪生技术应用于船用柴油机装配车间生产调度过程中,通过物理装配车间与虚拟装配车间的实时交互快速响应扰动事件并减少调度计划偏差。构建了一种基于数字孪生的船用柴油机装配车间生产调度框架,并对装配调度问题进行描述与建模。详细阐述了动态调度流程并提出了一种基于pareto支配规则的多目标离散蚁狮优化算法来优化最大完工时间和装配班组负荷这两个调度目标,保证了调度方案的实时性和准确性。最后,通过在某型号柴油机装配车间部署运行,验证了此种调度模式的有效性。     

[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。     

海洋无隔水管修井的数字孪生框架与可视化交互

为保障海洋无隔水管修井作业安全,构建了修井数字孪生系统.设计了海洋修井数字孪生系统五维模型框架,包括修井系统物理实体、虚拟实体、虚实数据交互、人工智能数据分析、作业决策服务.通过SolidWorks构建三维模型,将其导入U nity 3D来建立场景,构建修井系统的虚拟实体,利用虚拟现实技术提升交互性;基于OPC UA协...     

面向动力学特性监测的主轴系统数字孪生体

铣削过程中主轴系统动力学特性随主轴转速和边界条件的改变而发生重构,传统的锤击模态分析驱动方法难以真实反映物理现实。针对该问题,构建了面向动力学特性监测的主轴系统数字孪生体五维模型,探讨了建模方法和运行机制,论述了主轴系统数字孪生体驱动的主轴系统动力学特性监测服务,并将其应用于铣削加工中心主轴系统动力学特性动态监测。实验结果表明,该模型利用主轴系统物理实体与虚拟实体的交互融合,通过监测服务准确获取铣削过程中主轴系统动力学特性,使主轴系统设计改进、运行优化、故障诊断、精准维护成为可能。     

基于实时数据驱动的数字孪生车间研究及实现

为满足智能车间生产状态实时可视化监控、健康管理、故障诊断等需求,提出一种基于实时数据驱动的数字孪生车间体系架构与技术路线.通过搭建面向真实物理行为高保真映射的虚拟仿真环境,采用面向事件响应的数据管理方法构建模块化、通用化的数字孪生车间系统.在此基础上,详细阐述了异构多源数据的采集与管理、真实物理行为的虚拟仿真环境、面向...     

基于多Agent的Job Shop调度方法研究

针对Job Shop调度问题，提出基于多Agent的车间调度模型，实现调度甘特图的自动生成。在此基础上，设计了多Agent分组协作机制；实现了多目标优化调度，提高了调度优化算法的实用性和优化效果；分析了车间调度中各类干扰因素的特点，实现动态调度，提高了系统的适应性和健壮性。最后给出了实例验证。     

数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题,提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法,即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层,然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模,以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。     

大型射电望远镜数字孪生系统架构设计与应用

为提高大型射电望远镜的自动化管理程度、增强其运维的实时性和操控的交互性,参考数字孪生经典理论模型,提出一种以智能感知为基本处理单元的数字孪生系统实时操控模型,并对其关键技术进行了阐述.以500 m口径球面射电望远镜(中国天眼)为应用案例设计开发了中国天眼数字孪生系统,并对其中的虚拟三维模型创建、数据的智能感知以及虚拟模...     

基于三维GIS技术的公路交通数字孪生系统

数字孪生是一种集成多学科属性,通过物理世界与信息世界连接融合达到虚拟现实交互与融合的科学,其在交通业的落地途径为建筑信息模型(BIM)+地理信息系统(GIS)技术。各类交通基础设施模型要素的交互关联及孪生数据合理建设方案成为制约其发展的瓶颈。立足交通,以数字孪生的五维结构模型为指导,在三维GIS环境下,针对其虚拟模型应包含的几何、物理、规则模型提出了具体的实现技术。分析了交通基础设施分类及孪生数据特点,细化其构件层次关系,实现模型的标识编码与存储方案。依据CAMP5对系统软件进行分类,并依各层次阐述了验证方法,完成系统验证。最后,基于虚拟模型与数据融合,梳理了像素层、表征层和决策层的应用开发思路,以期为交通运输领域践行数字孪生提供技术参考。     

基于TRIZ功能建模的扩展碰撞预警系统数字孪生概念方案构建

针对碰撞预警系统建模和仿真结果难以真实表达物理域,而且现有碰撞预警系统仅限于车内预警,用户得到的预警信息较少的问题,提出扩展碰撞预警系统服务架构,探讨了其组成和运作流程,基于数字孪生五维框架,详述了面向扩展碰撞预警系统的数字孪生建模过程,并在概念设计阶段基于发明问题解决理论功能模型对其进行功能建模,实现了其功能的全面表...