基于数字孪生的智能车间系统仿真加速测试方法

为解决当前制造系统软件可靠性仿真测试时间长、测试环境难以搭建等问题,提出采用数字孪生技术与智能车间系统仿真加速测试相结合的方法;建立智能车间高保真数字孪生模型替代现实生产车间系统用于制造系统软件的可靠性仿真测试,首先要构建包含产品、设备资源、工艺流程等系统级仿真模型;同时,为仿真车间生产事件流程,在模型中,还需结合生产实际情况,设置设备间通信协议、通信数据以及生产线事件及队列顺序,真实模拟系统运行环境;通过构建步进电机产线数字孪生模型,仿真加工装配流程,运行智能车间系统软件,采用仿真时钟推进机制开展加速测试,验证了该方法的有效性和实用性,对开展工业系统软件高保真快速测试评估具有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

基于数字孪生技术的船舶管件加工智能车间研究

数字孪生技术的研究成果在智能化制造领域得到推广应用。这已经引起国内外相关学术界与企业的高度关注。为研究数字孪生技术与智能车间生产融合应用效果,以船舶管件加工车间为研究对象,分析了传统管件加工车间的生产特点。采用数字孪生技术,建立了从管材入库、上料、管线切割、打磨、贴标、焊接到管零件制作完成的数字模型,创新构建了虚实结合的智能管件加工车间实时监控与反馈的信息技术架构。通过先在数字空间对虚拟工作流程的仿真优化,再将优化方案应用于直管产线的方式,大幅提升了管件加工车间的运行效率,提高了产品质量。研究表明,面向复杂智能制造产线,构建数字孪生空间可以有效打通制造执行、企业管理、物联网等系统,虚拟流程的仿真优化结果可以实现对实际产线工艺的指导和优化。     

基于一致性度量的数字孪生模型实时自修正

数字孪生技术解决了信息物理世界的融合难题,在工业互联网领域里获得了十分广泛的应用。为解决数字孪生与物理实体的动态修正问题,本文提出一种基于一致性度量的数字孪生模型实时自修正方法。利用数据变化快慢将模型分为渐变模型和快速模型2个部分,构建参数快速搜索方法,结合拉丁超立方全局搜索和贪婪局部搜索,并引入迭代更新机制,实现物理实体和数字孪生体的一致性度量。实验结果表明,数字孪生模型通过优化模型可调参数的选取过程,改善可调参数选取随机性的问题,实现模型与物理实体高度一致性,达到了模型实时自修正要求。     

数字孪生技术在新型电力系统中的应用

随着新能源的快速发展和电力系统的转型,数字孪生技术正逐渐成为新型电力系统中的重要应用工具。文章以数字孪生技术在新型电力系统中的应用为研究对象,通过对数字孪生技术的概念解析和新型电力系统的简介,详细分析数字孪生技术在新型电力系统运行与管理方面的应用,包括实时监测与故障诊断、智能优化与控制策略、风险评估与虚拟仿真实验等。同时,对数字孪生技术应用的优势与挑战进行总结,并展望数字孪生技术在新型电力系统中的发展趋势。     

实时在线监控系统的三维可视化方案

为解决核反应堆辐射及不可接近环境下工人运维的技术难题,融合新一代信息技术,将数字孪生技术与工业互联技术相结合,提出了一套三维数据可视化实现方案,解决了数字孪生应用中三维模型呈现、实时数据对接、模型算法软件对接,以及数据可视化等关键问题。首先,利用3D Studio Max、SolidWorks等建模软件构建三维模型,并结合前端设计、虚拟场景渲染等技术,实现数字孪生可视化场景构建;其次,基于Node. js运行环境搭建WebSocket服务器,并通过Node-EPICS事件驱动读取实验物理和工业控制系统（EPICS）的过程变量,实现对设备支持层数据更新事件的监听;最后,利用Socket. io套接字创建双向数据通道实现服务器到Unity客户端的实时数据传输。使用该方案构建的反应堆三维监控系统现已应用于中国科学院（CAS）钍基熔盐堆（TMSR）核能项目,该系统实现了核反应设备结构及物理特性在虚拟环境中的数字映射,具备网络通信、数据显示等功能,且数据更新周期达到100 ms,有助于监控人员掌握现场实际情况与指导运维检修。     

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。     

数字孪生在煤矿电网中的应用研究

立足于数字孪生的基本概念和内涵,分析了数字孪生技术在煤矿电网中的应用优势：以同步实体运行状态、数字化模拟运行2种手段来辅助煤矿电网的运行管理,具有数据驱动、实时更新、同步反馈的特点。提出了由煤矿电网物理实体层、煤矿电网数字孪生模型层、用户管理服务层、数据交流层组成的煤矿电网数字孪生体系基本架构,从物理实体、数字孪生模型2个方面探索了煤矿电网数字孪生体系运行模式。介绍了建立煤矿电网数字孪生体系的关键技术：煤矿电网数字孪生模型构建、智能数据采集、基于5G的智能通信、数字孪生智能数据库、数字孪生设备智能管理平台。给出了数字孪生技术在煤矿电网中的具体应用场景,包括煤矿井下电气设备状态评估、煤矿电网故障定位和保护、煤矿电网智能监控、煤矿井下线路智能巡检。将数字孪生技术应用在煤矿电网中,对煤矿电网的状态和运行进行动态仿真建模,一方面可以满足当今规模庞大的煤矿电网相对地面电网更高的运行要求,保障煤矿生产安全性,另一方面可推进煤矿电网的智能化进程,实现数据资源高效合理利用。     

基于数字孪生的新能源智能温室控制系统设计

针对我国当前温室种植监控系统中监测不够直观、管理不够智能的问题，本文基于数字孪生技术设计实现了新能源智能温室控制系统，系统包括智能温室和数字孪生平台两部分。智能温室部分以太阳能作为动力为大棚系统供能，以STC89C52单片机作为主控核心，与数字孪生平台实现通信，将传感器设备获取到的数据上传到数字孪生平台并接收平台端发出的指令；本文选择以NI LabVIEW软件开发数字孪生平台，在平台中创建温室“孪生体”，三维模拟温室的实时状态，显示温室内的实时环境数据，同时平台可对温室系统中的通风、灌溉、照明等装置进行远程管理。系统对温室种植的各个环节和要素进行感知、监控、分析和决策，有效实现对作物生产的智慧管控。     

面向工业数字孪生的板形镰刀弯实时检测系统

为适应“工业互联网+钢铁”融合创新应用发展需求,为改进热轧带钢板形镰刀弯人工检测效率低、精确度低、无信息存储等不足,开发了基于智能摄像机的热轧带钢镰刀弯实时检测系统。系统在钢铁公司热轧板带厂的应用效果表明,利用智能摄像机采集带钢板形镰刀弯影像数据,经过透视变换、融合卡尔曼滤波、最小二乘曲线拟合算法等关键技术的图像处理后,能实时、完整、精确记录坯板的形状及镰刀弯弯曲程度特征,通过工业互联网平台反馈至数字孪生服务系统及人机界面,为下一步数据处理及生产决策管理提供实时数据支撑。     

数字孪生: 跨界赋能于多领域智能的新应用

随着大数据、5G、人工智能、CPS、云计算、物联网技术的发展与交叉融合, 使得世界朝着数字化、智能化方向发展. 数字孪生是以物理实体为原型建立多维虚拟模型, 通过安装在物理本体上的传感器实时反馈数据, 并结合以往的历史数据和人工智能技术, 最后利用软件分析并呈现. 由于数字孪生技术能与多个先进理念, 如: 工业4.0、航空航天、智慧城市、智慧医疗等良好的融合并应用, 这使其成为多个行业的热门研究方向与主要驱动技术, 在各行各业都有很大的发展空间. 本文首先阐述了数字孪生技术的基本概念, 梳理了数字孪生技术的发展脉络, 进一步理清了数字孪生技术与CPS技术之间的关系, 并介绍了数字孪生技术的研究现状. 其次, 介绍了数字孪生的关键技术即多维多尺度建模, 孪生数据管理和虚拟呈现. 最后, 探讨了数字孪生技术在智慧工厂领域、智慧城市领域、孪生医疗领域、航空航天领域的应用发展和方向, 并从方案、特点、关键技术等角度介绍了本研究团队在智慧工厂领域对原稳加热炉设备的数字孪生应用案例.     

智能车间可视化大屏设计与实现

智能化生产和数字化转型成为驱动工业企业高质量发展的有效途径.以某纺织厂智能车间可视化大屏设计与实现为目标,综合考虑政府监管、企业发展不同视角进行了大屏框架总体设计,提出了一种基于"端-边-云"的系统架构,运用大数据技术、3D交互技术、数据可视化技术,对系统进行实现和验证.初步应用表明,该系统较完美地解决了工业生产车间监...     

基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统研究

电网数字化建设管理将成为电力行业的发展趋势,作为电网输变电工程建设的重要组成部分,角钢塔智能化运维变得越发重要。为监测角钢塔的健康状况,实现角铁塔巡检等高空危险作业,提高工作效率,研究和开发角钢塔攀爬机器人具有重要意义。数字孪生是面向工业物联网的智能化应用,是连接物理世界与信息世界的桥梁与纽带,在角钢塔攀爬机器人的建模开发、智能作业、人机交互等多方面提供更加实时、智能、高效的服务。因此,为了给研究和开发角钢塔攀爬机器人提供一种新的方法,提出了基于数字孪生的角钢塔攀爬机器人系统理论架构,实现了角钢塔攀爬机器人数字孪生模型与物理实体之间的虚实映射与实时交互,并构建了数字化的角钢塔攀爬机器人系统平台。     

基于DL/T645规约的嵌入式工业物联控制节点设计

随着互联网、大数据、物联网等技术的飞跃发展,以实现智能制造为目标的“互联网+工业”行动计划已拉开了大幕;为满足智慧工厂的发展需求,一种具有实时高效、安全准确的现场数据传输的物联控制节点成为了关键;文章针对传统制造工厂通信系统的传输速率低、网络建设复杂、可靠性差、维护困难等缺点;提出了一种基于DL/T645规约的电力线载波数据采集节点,以STM32微控制器、载波收发模块、节点工厂设备接口等硬件,以DL/T645通信规约为核心设计物联节点,保障工厂现场数据的实时稳定采集,为构建监控和管理一体化的智慧工厂提供实时性强、可靠性高的通信系统。     

工业互联网环境下的智能制造全过程实时监控系统研究

为实现对工业智能生产制造的实时监控,开展工业互联网环境下的智能制造全过程实时监控系统的设计研究。合理选择传感器、服务器、监控器、PLC等硬件,设计监控系统架构；在硬件设备的支撑下,针对各个基础设施所需传输的信息,构建对应的通信信息模型,确定可被公开的信息,建立工业互联网环境下智能制造车间实时通信连接；在终端监控界面中,操作主屏,按下System功能键,选择制造单元远程监控程序,进入系统实时监控界面,实现对制造单元的远程监控；建立数据库,更新数据库信息,实现对实时反馈数据的管理。设计对比实验,实验结果证明：该系统可以在实现对智能制造生产车间工况高精度监控的同时,控制监控数据的反馈时延。     

数字孪生驱动的火箭控制系统故障诊断研究综述

在第四次工业革命中,智能制造成为各国工业发展的重点方向,数字孪生技术作为一项新兴技术,能够有效实现物理信息的融合;将其应用于火箭控制系统的故障诊断和健康管理,能够进一步提高故障诊断的事前准确性,提升火箭发射的可靠性;本文对数字孪生技术在航天领域的研究现状进行归纳整理;首先梳理了NASA的数字孪生目标,国内领域按照设计、生产、支持服务阶段对数字孪生应用进行分类;其次,按照故障树、专家系统、神经网络、数据驱动的方法阐述控制系统故障诊断的研究现状;在介绍数字孪生驱动的健康管理方法的基础上,提出数字孪生驱动的火箭控制系统的故障诊断方法;详细介绍其基本组成框架,分析关键技术及应用难点,并提出数字孪生健康管理平台的基本流程;该方法预期实现火箭控制系统的事前诊断和维修策略的制定     

数字孪生技术在增强行业安全性中的应用

随着智能汽车、智能家居、智慧电网以及工业物联网等行业的发展,数字孪生技术逐渐走向大众视野,被称为工业4.0背景下最尖端的技术之一,提供了模拟、优化以及预测等功能,广泛应用于智能制造、智慧城市以及科学研究等领域。基于此,一些行业领域通过该技术提高行业的安全性。文章详细介绍了数字孪生概念,总结了数字孪生在各个应用领域中对其安全性所做的贡献,以期将其应用于更加广泛的行业,从而有效解决行业中的安全问题。     

基于数字孪生的产线设备实时监控方法与实现

为推动国家智能制造发展,面向生产过程中设备实时监控困难、透明性差、管控效率低、跨学科交叉情况复杂等问题,融合MBSE思想,提出一种基于数字孪生的产线设备监控方法并实现。首先,提出基于数字孪生的监控方法架构;基于SysML建模语言对产线系统和设备进行统一描述建模,建立结构图和行为图,形成数据模型;通过SysML模型与OPC UA联合,以位移数据和任务数据双通道驱动的方式进行虚实映射,并建立异常报警追溯机制;以仓储系统中核心设备堆垛机为例,构建其SysML模型、数字孪生模型,并以仓储产线实时缓存数据库redis为数据源,通过OPC UA获取并实时更新数据驱动数字孪生模型,实现其三维可视化监控,验证了方法的可行性和实时性     

基于多智能体的数字孪生及其在工业中应用的综述

数字孪生是一种将物理实体数字化的技术,通过建立虚拟的数字孪生模型模拟实际的物理过程,以便进行模拟仿真、数据分析和优化设计等操作.鉴于此,分析数字孪生技术在复杂工业生产中的发展历程和研究现状,并重点讨论其概念、国家相关重点研究的政策,以及数字孪生使能技术在各行业的应用.主要途径是分析和综述基于多智能体的数字孪生、基于数字孪生的设计、制造和运维、数字孪生的集成在智能制造中的应用相关的研究成果.此外,提出高炉连续生产数字孪生方案和大飞机多智能体离散制造方案,高炉模型包括成分场大模型和增量学习小模型,该模型可以为数字孪生在复杂流程工业中的应用提供带有增量补偿的机理与计算机视觉相结合的解决方案.在复杂工业制造中,数字孪生和多智能体技术可以提高生产效率和质量,减少能源消耗和废品产生,同时也能够降低复杂度、安全风险和成本.