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]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。     

螺线管装配生产线数字孪生建模技术

鉴于数字孪生模型的研究较少,数字孪生建模技术仍是当前智能制造领域的研究热点和难点,以离散制造系统的螺线管装配生产线为研究对象,从物理、行为、信息决策3方面探究生产线的数字孪生建模技术。通过物理模型可视化表达生产线的尺寸、形状、装配关系等属性和潜在的物理规律;通过标准化的描述方法构建数字孪生行为模型,简化行为语义,促进信息存储与流动;通过信息决策模型使硬件模块在反馈控制功能的驱动下,实现在环仿真和闭环优化。最后通过生产线智能运维系统展示数字孪生技术在智能监测、信息反馈、决策控制等方面的应用价值。     

数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法

为解决高精密产品装配过程中虚拟仿真分析与物理装配脱节导致的装配效率较低、装配质量一致性较差的问题,提出一种数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法。构建了包括装配全要素的高精密产品数字孪生体;针对当前装配工艺文档可读性差、知识关联关系弱等问题,提出一种基于知识图谱的装配工艺表达方式,并利用知识图谱的可推理性对装配工艺进行动态调整;针对产品质量控制问题,提出一种操作—状态—质量三层结构质量控制策略。以某型号汽车发动机缸体单元装配为例,验证了所提方法的实用性。     

数字孪生技术关键应用及方法研究

为构建信息物理网络系统(Cyber-Physical System,CPS),数据孪生技术作作为新的数字化关键技术已经应用到了与工业4.0相关的智能制造领域中。通过将物理实体或流程转化为准实时的数字化镜像,实现对生产全流程的模拟分析。首先,根据数据孪生理论的发展过程及目前的应用现状,明确了数字孪生技术应用的两个关键方向。其次,在对不同应用情景的研究下,创建数字孪生的方法以及所需的功能特性。并且,提出了在数据孪生技术驱动下,将传统的预测性维护方法由被动响应转型为主动服务的转变过程,为中国制造业由"生产型制造"向"服务型制造"转变提供支撑。     

数字孪生驱动的机械加工工艺评价方法

在动态变化的加工条件下,机械加工工艺评价已成为智能制造模式下提高工艺可执行度和缩短产品研发周期必须要解决的关键问题,为此提出了数字孪生数据驱动的机械加工工艺评价方法。以加工过程感知数据为研究对象,创建加工过程实时数据的表达模型和获取流程,为工艺评价孪生数据提供了数据源泉;创建了加工工艺评价孪生模型框架体系,提出加工过程感知数据与工艺设计数据的映射机制,实现了工艺评价孪生数据的创建;将孪生数据反馈到工艺设计系统,实现评价数据的流通性、实时性与有效性;提出了孪生数据驱动的工艺评价方法;并创建了孪生数据驱动的机械加工工艺动态评价模块。并以船用柴油机关重件为例,验证了所提方法的有效性。     

数字孪生驱动的数控机床虚拟调试技术研究

数控机床调试阶段的调试质量直接影响其加工精度,然而数控机床在服役阶段的加工场景丰富多变,同时作为复杂机电系统代表性设备包含庞杂耦合关系,一般调试方式在此情况下的调试结果的有效性十分有限。因此,文章提出在虚拟环境中模拟机床运行时复杂的加工场景并进行虚拟调试的方式,以得到最佳运行参数。首先通过分析机电系统复杂耦合关系,采用多领域统一建模语言结合虚实映射策略构建了数控机床数字孪生模型;其次基于孪生模型对复杂加工场景进行模拟,并提出数控机床虚拟调试方式;最后以数控机床主轴系统为例,验证了所提方法的有效性和现场应用的可行性。试验结果表明响应时间缩短12%、稳态误差降低54%。     

复杂构件装配数字孪生建模及系统实现

针对复杂构件装配生产过程中虚实交互困难、装配效率低等问题,提出一种面向复杂构件装配的数字孪生模型建模方法。首先设计了复杂构件装配数字孪生系统架构,然后从几何模型、工艺模型、行为逻辑模型和约束规则模型4个维度构建了复杂构件装配数字孪生虚拟模型,实现了对复杂构件装配物理实体全面真实地刻画与描述。设计并开发了复杂构件装配数字孪生系统,以鲁班锁装配为实例验证了建模方法的有效性,为复杂构件的装配提供了解决方案。     

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...     

数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控

多级转静子装配间隙是影响航空发动机性能和安全的重要因素,传统装配方法难以精确预测和精准控制装配间隙,针对该问题,提出一种数字孪生驱动的转静子装配间隙动态预测与调控方法。在分析转静子装配工艺的基础上,建立了重点体现时变性的转静子装配间隙控制数字孪生模型,通过实测数据驱动服务模型实现装配间隙在线预测和装配工艺动态调控,研究了孪生数据类型与融合迭代过程,构建了实现数据融合迭代的4类服务模型,并通过某压气机装配验证了该方法的可行性与有效性;所表征的转静子装配数字孪生模型在时间维度的演化特性,为实现转静子装配间隙的在线预测与动态调控提供了基础。     

虚拟装配工艺规划实现技术研究

对虚拟环境下的产品装配工艺规划进行了研究,分析虚拟环境下面向集成的装配工艺规划系统结构。对虚拟装配工艺规划的三个核心问题(装配模型、装配序列规划和装配路径规划)进行描述,提出虚拟环境下面向工艺设计的产品装配模型总体结构。给出虚拟环境下装配约束关系的识别方法,实现了零部件基于约束的三维空间导航运动。建立原型系统,能够为虚拟环境下的装配工艺规划奠定基础。     

基于数字孪生的航天器装配质量监控与预测技术

鉴于航天器装配过程中不确定因素多,无法准确有效地预测和评估航天器的实际性能,装配过程中因进行大量复杂的性能试验来验证产品性能指标的符合性而极大影响了装配效率,提出一种基于数字孪生的航天器装配质量在线监控与预测方法.分析了航天器装配执行层面总体流程的特点,在此基础上给出面向航天器装配质量的数字孪生建模方法,以及面向数字孪...     

基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统研究与实现

为提高智能车间输送线场景生产运输过程的可视化程度,实现输送线设备状态的实时监控和设备故障的高效诊断处理,提出了基于实时数据驱动的车间输送线数字孪生系统架构。搭建与现场车间一致的数字孪生三维模型场景,利用车间实时数据驱动模型场景同步完成与现场车间一致的行为,建立了拓展性强,可灵活复用的可靠数字孪生系统。详细阐述了系统对设备实时数据的采集与利用策略,模型的驱动逻辑与原理和设备实时数据的详细表达方式。完成了系统的落地,并通过化纤生产线的输送线场景验证其可行性。     

数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法研究

数字孪生技术不仅是实现信息物理融合的核心,还是实现数字化故障诊断的关键。为了实现物理空间和信息空间的实时映射、故障实时预测、故障信息及时反馈,提出数字孪生驱动的离心泵机组故障诊断方法。首先,利用数字孪生技术构建离心泵机组数字孪生映射模型。然后,基于数字孪生映射模型,通过数据驱动的故障诊断方法实现故障实时预测,利用模型仿真的故障结果验证方法完成故障结果验证,以验证结果作为数字孪生模型修正和深度学习模型调整的条件。最后,借助Unity3D平台实现故障诊断系统的开发,并通过3种工况验证了系统的可行性。     

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术

针对悬臂式掘进机智能控制时面临的远程操控问题,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,提出面向煤矿井下装备智能控制的"人—信息—物理系统"(HCPS)交互机制,实现掘进工作面物理空间与掘进信息虚拟空间的深度融合与交互;结合悬臂式掘进机模型,提出数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统,从工况数据感知、数字孪生体构建、人—机—环交互3个方面实现地面虚拟掘进与井下实际掘进的深度融合;搭建悬臂式掘进机远程虚拟操控实验平台,以验证孪生数据驱动下的虚实同步等功能,截割轨迹跟踪测试表明,系统可实现掘进机虚实同步控制,截割头位置精度偏差小于40 mm,满足煤矿开采中巷道开拓的质量控制要求.基于数字孪生驱动和虚拟现实呈现的井下设备智能操控方法,在煤矿巷道可视化掘进系统和智能掘进机器人系统中应用效果良好,为煤矿井下综采综掘工作面设备的远程智能监测与控制提供了全新的思路,对促进工作面智能化系统发展重要的借鉴意义.     

基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺模型动态构建方法

针对目前以理想数据制定出的线缆装配工艺文件不能很好地满足实际装配需要以及制定好的装配路径与实际装配路径存在一定偏差等问题,提出一种基于数字孪生的复杂机电产品线缆装配工艺模型动态构建方法。采用同步定位与地图构建方法对线缆装配过程中的零部件特征进行地图构建和线缆空间定位,引入随机有限集描述同步定位和地图构建问题,并采用高斯混合概率假设密度进行地图零部件特征信息的预测与更新;同时采用平方根转换无味卡尔曼滤波器和单特征策略对线缆装配路径进行位姿估计,以完成线缆装配工艺模型的动态构建。最后将所提方法应用于实例分析,验证了方法的可行性。     

可靠性驱动的装配工艺方案研究

为了提高产品整机可靠性,将可靠性控制措施引入到装配工艺方案中.由于产品的可靠性主要体现在功能失效上,因此利用结构分析和设计技术(Structured Analysis and Design Technique,SADT)对产品进行功能分析并建立完善的SADT模型,然后采用失效模式与影响分析(Failure Modes and Effects Analysis,FMEA)方法对“元动作”和相应功能需求进行故障分析得到可能的故障模式和故障原因,针对故障原因分析可靠性控制措施,最后,将该分析方法应用到某加工中心分度工作台的装配工艺方案制定的过程中.结果表明,可靠性驱动的装配工艺方案较传统的装配工艺方案具有更强的逻辑性和目的性,对于提高产品可靠性具有重要作用.     

基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法

针对复杂产品装配过程中质量管控时效性差、缺乏预测性等问题,提出基于数字孪生技术的复杂产品装配过程质量管控方法。通过构建物理车间、虚拟车间和车间生产管理系统协同工作的质量管控数字孪生模型,实现了装配过程质量数据的采集、分析与反馈,在此基础上利用Markov方法预测质量数据的未来状态。最后搭建了复杂产品装配过程质量管控平台,并通过实例验证了该方法的准确性,为复杂产品装配过程质量管控提供了一种新途径。