基于数字孪生的高动态生产系统联动决策方法

个性化需求引发的随机高动态干扰加大了生产系统高效运作的难度。如何面向随机高动态干扰,构建在线联动决策方法,实现对生产系统的精准决策以支持各生产单元的高效协同成为关键挑战。以模块化生产的多单元联动运作为研究对象,基于数字孪生构建多单元联动决策架构、机制和模型。通过实时精准映像与动态虚拟仿真,实现高动态生产系统的在线协同运作和自主联动决策。最后以某大型化工企业的多单元联动运作为例,验证所提方法可以显著降低系统运作总成本,实现复杂多单元生产系统在高动态干扰下的最优化运作。     

面向船舶柴油机活塞加工质量管控的数字孪生应用技术研究

针对船舶柴油机活塞加工质量管控的问题,该文研究了融合工艺设计数据和实时数据,从而得到加工数字孪生数据,进而构建活塞加工质量管控模型,最后融合自适应遗传算法改进径向基函数神经网络（Radial Basis Function Neural Network, RBF）并应用于模型。结果表明,该方法下的刀具预测寿命平均相对误差为3.21%,误差率较低。对加工质量的实时预测准确率最高达到98%,耗时仅1.0 s左右,该方法能够满足加工质量管控要求,可以为船舶柴油机活塞加工的信息化发展提供参考。     

基于数字孪生的故障注入技术研究

针对机械设备的故障检测和诊断问题,提出了基于数字孪生的故障注入技术的基本架构和实现流程。以常见齿轮箱中啮合齿轮为例,在分析其振动机制后构建了对应的机制模型。根据物理实体构建了正常状态模型和故障状态模型,并根据故障条件下的信号特征建立了故障空间,为设备状态预测和故障检测创造了条件。     

基于数字孪生的裂纹扩展结构健康管理方法研究EI北大核心CSCD

疲劳裂纹是金属结构常见的损伤之一,提出了一种构建数字孪生模型对裂纹扩展结构进行健康管理的方法。在数字孪生模型的建立过程中,首先建立裂纹结构的有限元模型,并结合Paris公式构建裂纹扩展模型;其次基于动态贝叶斯网络表示裂纹状态随时间演化的规律;最后采用粒子滤波算法作为模型的推理算法,从而在数字空间中完成对裂纹扩展行为的描述。通过应变传感器实时在线监测裂纹状态,驱动孪生模型动态更新,实现裂纹扩展状态和剩余使用寿命更准确的预测。通过试验验证了该方法在裂纹扩展结构健康管理上的有效性与实用性。     

基于数字孪生的单兵作战系统设计研究

目的 当前国际形势日益复杂严峻,大国之间军事竞争不断加剧,各国加速进行国防装备研发.信息技术飞速发展催生未来战场的信息化、智能化转变,亟需设计研发新型单兵作战系统以应对未来战场环境.为有效地提升单兵作战系统设计效率、解决传统单兵作战系统设计过程的问题,提出数字孪生驱动的单兵作战系统设计方法.方法 基于文献研究和案例研究,总结归纳单兵作战系统设计过程和存在问题,提出数字孪生单兵作战系统设计模型,分析数字孪生单兵作战系统设计模型的组成要素,研究并呈现了几种数字孪生单兵作战系统设计关键技术.结论 随着数字孪生技术日益成熟并得以广泛应用,将数字孪生技术应用于单兵作战系统设计过程具有可行性.数字孪生驱动的单兵作战系统设计过程丰富了国防装备设计研发的理论及方法,为新型单兵作战系统创新设计提供了新的路径.     

基于数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修方法研究

为提高机电设备辅助维修的质量和效率,本文利用数字孪生与混合现实技术相结合的机电维修方法,设计了一套基于数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修系统。本文概括了系统的总框架设计,对其硬件部分设计进行了详细介绍,并从维修环境感知、故障识别与匹配等方面详细阐述了系统的软件设计,最后对其进行了试验验证。试验结果表明,该系统具有较高的准确性和稳定性,可为未来的智能制造和维护提供有力支持。     

基于数字孪生的畲族文创设计研究

目的 结合数字孪生原理来辅助文创产品的设计过程,借由智能图像处理技术发散更多艺术创意,从而减少文创产品设计的艺术内耗,提升设计效率,并从数字孪生角度审视文创产品效果,辅助产品的孵化。方法 在数字孪生原理的指导下,以数据处理技术提取文化特征,丰富畲族文化资源数据库,并从中选取畲族设计元素以智能数字图像处理方法进行批量化图像生成,最后在keyshot中对概念产品的数字孪生模型进行数字图像的UV映射,以构建文创产品的仿真造型效果。结果 获取畲族文化图像孪生数据,组成畲族纹样文化资源库,构建数字孪生辅助的畲族文创设计方法。结论 基于数字孪生的文创产品设计中,借助了多种人工智能和数字图像处理手段,对文创中的图像设计工作起到了有效的辅助产出作用。为文创与科技融合的设计方法提供了新思路。     

基于青少年美育的人工智能融合数字孪生创新设计研究

目的 本研究探讨了人工智能与数字孪生技术在青少年美育中的应用,旨在提供沉浸式、互动式、个性化的学习体验。研究结合了认知发展理论、社会文化理论等以优化美育教育效果。方法 首先,运用文献研究法梳理人工智能和数字孪生技术的理论内涵及其与美育的理论联系;其次,通过案例分析法总结数字孪生等技术在美育设计领域的典型应用实例与应用场景;最后,利用模型构建法探索了数字孪生技术赋能下的青少年美育系统,着重研究了技术与教育的互动和技术应用于实际教育环境中的挑战。结果 人工智能与数字孪生技术的融合提升了青少年的美育体验,增强了学习的沉浸性和互动性,并通过提供个性化学习路径促进了青少年的认知、情感,以及社会的发展。同时,这些技术与教育理论相协调,为美育教育带来了新的范式。结论 人工智能与数字孪生技术在青少年美育设计中的应用具有的重要时代意义。它们不仅突破了时间和空间的限制,实现了全方位的美育设计,而且有效地促进了美育的数字化升级。此外,这些技术为青少年提供了全新的美育体验,有助于其在数字和文化素养交织的世界中全面发展。     

基于数字孪生与深度学习技术的制造加工设备智能化方法研究

针对传统制造加工设备在生产加工过程中存在设备与数据信息联系不紧密,设备使用维护多依赖于人工经验等问题,提出了一种新的设备智能化方法。首先,在信息层建立能反映制造加工设备真实状态的数字孪生体;其次,基于历史加工大数据,通过数字孪生体对加工过程的行为进行建模及深度学习和训练,并利用训练好的人工神经网络根据采集到的实时数据来预测制造加工设备下一时刻的状态,使制造加工设备实现物理层与信息层数据的深度融合,拥有自我感知、自我预测的能力,最终实现智能化;最后,以浆料微流挤出成型设备挤出结构系统的智能化实施过程为例,验证了所提出方法的可行性。实例结果表明该设备智能化方法可有效地对挤出结构系统的运行状态进行监测及预测,为后续提高挤出成型精度提供了有效的数据信息。研究表明数字孪生和深度学习技术能够提升制造加工设备的智能化程度,可为未来智能制造的发展提供理论支撑。     

基于数字孪生的器官转运监护管理系统设计研究

目的 :器官移植是挽救终末期器官衰竭患者最为有效的治疗手段，器官转运为长时间远距离异地器官移植手术提供了可能，将数字孪生技术引入器官转运过程，可实现器官转运远程实时监护、转运全链调度、融合质量评估。方法 :通过文献及案例研究，分析数字孪生运行机制与器官转运现状，将数字孪生与转运监护管理系统进行理论融合分析。结果 :构建了基于数字孪生的器官转运监护管理系统，提出系统性建设体系内各模块具体内容，实现同生共存的监护管理模式，实现转运过程虚实监测护理、转运调度管理、融合质量评估。结论 :将数字孪生技术引入器官转运监护具有极大可行性，也为数字孪生在医疗领域的创新应用提供了参考。     

Product line optimisation based on semiparametric choice model

Consumer choice behaviour is important in the product line optimisation problem. The extant literature on product line optimisation is mostly based on traditional consumer choice models, such as the multinomial logit and multinomial probit models. These models either assume that the utility errors are independent from irrelevant alternatives (IIA) or are limited by complex calculation processes or pre-given, specific distributions of measuring errors. The marginal moment model (MMM), which is classified as a semiparametric choice model, does not require specific distributions of errors; thus, it can overcome the IIA shortcoming. This study focuses on the concavity of the profit functions of a product line optimisation model based on MMM. We prove that the profit function based on MMM is concave in market share under a monopoly or oligopoly. Numerical experiments show that the choice probabilities obtained from the MMM, multinomial logit, and multinomial probit models are similar although they are obtained under different assumptions. Experimental results under monopolistic, Cournot, and Bertrand competition based on MMM are compared. Some interesting managerial insights are summarised based on the sensitivity analysis of the various model parameters.     

基于用户模型的产品创新设计服务平台框架

 鉴于目前产品创新设计服务平台的设计用户类型众多、资源形式复杂,不同用户要快速、准确地获取其所需信息比较困难,提出了一种基于用户模型的产品创新设计服务平台框架并实现了相应系统的开发．通过建立基于本体的用户模型以获取用户兴趣,为平台用户提供3种方式获取不同用户的兴趣．基于用户模型构建了包括用户层、应用服务层、个性化操作层及资源层四个层面的平台架构,并为用户提供基于用户需求的特定服务流程,从而能够辅助用户有效获取所需信息,实现对用户设计过程的支持．     

Product quality improvement method in manufacturing process based on kernel optimisation algorithm

Quality data in manufacture process has the features of mixed type, uneven distribution, dimension curse and data coupling. To apply the massive manufacturing quality data effectively to the quality analysis of the manufacture enterprise, the data pre-processing algorithm based on equivalence relation is employed to select the characteristic of hybrid data and preprocess data. KML-SVM (Optimised kernel-based hybrid manifold learning and support vector machines algorithm) is proposed. KML is adopted to solve the problems of manufacturing process quality data dimension curse. SVM is adopted to classify and predict low-dimensional embedded data, as well as to optimise support vector machine kernel function so that the classification accuracy can be maximised. The actual manufacturing process data of AVIC Shenyang Liming Aero-Engine Group Corporation Ltd is demonstrated to simulate and verify the proposed algorithm.     

基于碳足迹信息模型的产品低碳创新设计

为进一步缓解全球气候变暖,从源头降低产品生命周期碳排放的低碳设计日益成为产品设计的重要方向。基于对产品低碳设计过程中决策信息的构成及对应设计策略的研究,构建了一种融合碳足迹的产品低碳设计信息模型,并在分析低碳设计决策信息内涵的基础上提出了一种基于产品结构树和详细设计参数的双重递进碳足迹根源特征定位方法。该方法基于定性/半定量矩阵的简约式生命周期评估(streamlined life cycle assessment,SLCA)法对碳排放关键结构单元进行初筛,并采用赋权关联图方法定位低碳设计的关键特征和设计参数。针对设计参数矛盾,利用TRIZ冲突解决理论进行求解从而实现低碳设计目标。以手持吸尘器作为低碳创新设计案例,对所提方法的可行性和有效性进行了验证。     

基于混合数字高程模型的交叉口立面设计方法

在交叉口立面CAD方法中,传统二维方法不能进行三维可视化设计和空间分析,曲面拟合方法没有统一的应用标准并且求解困难.以CAD和方格网设计等高线法为前提,提出了交叉口的通用几何模型和设计流程,分析了用不规则格网和不规则三角网的混合数字高程模型表达三维设计面的优势和可行性,讨论了建模的原理和步骤,阐明了运用数字高程模型生成等高线和查询高程、坡度、坡向的方法.在AutoCAD平台上,用.net二次开发技术和托管C++语言编程实现了程序功能.试验结果表明,该方法能精确高效地处理各种形式交叉口.     

基于数码相机特性文件的色彩校正和色彩管理研究

阐述了颜色特性文件的作用,分析了数码相机颜色特性文件的制作过程和使用原理,并对使用数码相机颜色特性文件进行色彩校正和色彩管理进行了研究,有效的实现了数码相机的色彩还原和保证了颜色复制过程中的一致性.     

Product design resources optimization using a non-linear fuzzy quality function deployment model

Quality Function Deployment (QFD) is a well-known customer-oriented methodology that is widely used to assist decision-making in product design and development in various types of production including highly customized One-of-a-Kind Production (OKP), batch production as well as continuous/ mass production. Determining how and to what extent (degree) certain characteristics/technical attributes (TA) of products are to be met with a view to gaining a higher level of overall customer satisfaction is a key to successful product design and development. Most of the existing approaches and models for QFD planning seldom consider the resource constraints in product design, nor do they normally take into account the impacts of the correlation among various TA. In other words, most of the existing QFD applications assume that the resources committed fully to attaining the design target for one TA have no impacts on those for other TA. Hence, the costs/resources required are usually worked out individually by linear formulation. In practice, design resource requirements should be expressed in fuzzy terms to accommodate the imprecision and uncertainties innate in the design process, such as ill-defined or incomplete understanding of the relationship between a given set of customer requirements (CR) and TA, the complexity of interdependence among TA, etc. A non-linear fuzzy model is proposed here to offer a more practical and effective means of incorporating the resource factors in QFD planning. The impacts of the correlation among TA are also considered. In the model, the resources for achieving the design target for a certain TA are expressed in a non-linear formulation of its relationship, correlation as well as interdependence with other customer requirements or TA. The concepts of the achieved attainments and planned attainments for TA, and the corresponding primary costs, planned costs and actual costs are introduced. Solutions to the non-linear fuzzy model can be obtained using a parametric optimization method or a hybrid genetic algorithm. A case study is also given to illustrate how the proposed fuzzy model and the optimization routine can be applied to help decision-makers in a company deploy their design resources towards gaining better overall customer satisfaction.     

Revisiting digital twins: Origins,fundamentals, and practices

The digital twins (DT) has quickly become a hot topic since it was proposed. It appears in all kinds of commercial propaganda and is widely quoted by academic circles. However, the term DT has misstatements and is misused in business and academics. This study revisits DT and defines it to be a more advanced system/product/service modeling and simulation environment that combines most modern information communication technologies (ICTs) and engineering mechanism digitization and characterized by system/product/service life cycle management, physically geometric visualization, real-time sensing and measurement of system operating conditions, predictability of system performance/safety/lifespan, and complete engineering mechanisms-based simulations. The idea of DT originates from modeling and simulation practices of engineering informatization, including virtual manufacturing (VM), model predictive control, and building information modeling (BIM). On the basis of the two-element VM model, we propose a three-element model to represent DT. DT does not have its unique technical characteristics. The existing practices of DT are extensions of the engineering informatization embracing modern ICTs. These insights clarify the origin of DT and its technical essentials.     

基于设计任务的概念设计中产品数字孪生模型的构建

在产品概念设计过程中,明确设计任务,应用数字孪生技术,可以更好地处理大量用户数据、监测功能运行和分析目标产品,促进设计方案的产生。首先,以设计任务为切入点,引入用户因素,集成任务分析法和情景分解法来分解设计任务,构建任务域任务流模型;其次,利用模糊综合评价法量化设计任务,明确设计任务,并对设计任务进行进一步分解,构建物理域实体任务情景模型;基于任务流的走向分析交互通道与虚拟域数据类型,构建虚拟域任务情景模型,完成基于设计任务的数字孪生模型的构建。最后,将这一方法应用于智能分类垃圾桶数字孪生模型的构建,拓展了数字孪生在概念设计中的应用。在产品概念设计阶段将用户因素融入设计任务中,可提高产品的设计质量。     

基于C/S模式的计量器具管理系统

从计量技术和业务管理的性质特征出发,借助现代计算机网络技术,开发设计了C/S模式的计量器具管理系统。在对系统组成和工作原理、设计思路介绍的基础上,重点对系统软件和系统数据库的设计和应用程序的创建作了详细的描述。该系统对优化工作流程,提高劳动效率,规范工作程序有重要的推进作用。