数字孪生驱动的大数据制造服务模式

 大数据、数字孪生等新技术引发了人们对制造模式的新思考，结合《中国制造2025》中制造业服务化重要内容，提出一种数字孪生驱动的大数据制造服务新模式。从智能制造与数字孪生、制造服务模式方面综述了国内外相关研究进展；提出了一个数字孪生驱动的大数据制造模式开放式体系架构及其运作逻辑；从数字孪生驱动的2个世界及其描述、数字孪生与大数据的结合、大数据制造服务模式中模型建立与优化3个方面对大数据制造服务模式使能技术进行了研究。该制造服务模式对促进中国传统制造企业转型升级和提升新国际竞争环境下综合竞争力具有理论和现实意义。     

数字孪生虚拟仿真在智能制造生产线技术课程中的实践

随着科技教育水平的不断提高,新技术、新方向逐渐在课程教学实践中应用。该文在分析智能制造生产线技术课程的基础上,对数字孪生技术进行说明,并有针对性地分析智能制造生产线的物理实体模型,同时对数字孪生技术应用在智能制造生产线的原理进行详解。最后通过数字孪生虚拟仿真在智能制造生产线技术课程中的案例分析具体流程和效果分析,通过应用数字孪生虚拟仿真技术,对智能制造生产线技术课程教学起到了很好的有益效果。     

基于数字孪生的航天结构件制造车间建模研究

针对航天结构件制造车间物理空间与信息空间缺乏实时交互的问题,提出了基于数字孪生的车间建模框架,通过关注车间内产品、资源和工艺三个方面,分别对产品数字化定义、基于数字孪生的资源建模和工艺信息的数字化定义等问题进行了研究分析。以企业航天结构件制造车间为案例,展开数字孪生技术在制造车间的应用验证,通过对案例结果的对比与分析,验证了数字孪生制造车间可有效地提高生产效率。     

数字孪生的模型、问题与进展研究

近年来,关于数字孪生的研究方兴未艾。数字孪生作为一个新的范式或者方法体现出了巨大的潜力,但是,这一概念的内涵和范围尚不确定,尤其是对数字孪生模型概念的界定很不清晰。根据模式类别可以将其分为通用模型和专用模型,其中专用模型仍是当前的研究热点,研究内容主要体现为对具体项目使用数字孪生方法进行建模,也包括对专用模型进行开发。这些具体项目除了传统制造业所涉及的零件测量和质量控制,增材制造,设计和工作过程,以及系统管理外,还包括在生物医药、石油工程领域的应用等。开发专用模型的工具和技术呈现多元化,有通用工业软件、专用工业软件、仿真平台和自研二次开发工具等等。数字孪生通用模型的研究对象不针对某一具体项目,而是研究如何将模型受控元素表示为一组通用的对象以及这些对象之间的关系,从而在不同的环境之间为受控元素的管理和通信提供一种一致的方法。数字孪生通用模型的研究主要分为概念研究和通用模型的实现方法,两者的研究热度相当。其中概念研究从宏观角度的产品生命周期管理,到描述系统行为,如一般系统行为和系统重新配置,再到具体工作流,如设计方法、产品构型管理、制造系统、制造过程等,研究内容较为发散,尚没有出现特别突出的热点。关于数字孪生通用模型实现方面,主要研究了建模语言的构建、模型开发方法的探索、具体工具的使用、元模型理念的植入和模型算法的探索。数字孪生模型是数字孪生研究的核心领域之一,其未来的研究重点是如何将不断涌现的各不相同的数字孪生体的外部特征和内在属性归纳为可集成、可交互、可扩展的模型,便于更高效地实现信息在物理世界和数字世界之间流动,从而实现数字孪生的普遍应用,继而支持CPS(网络物理空间)和CPPS(网络物理生产系统)的建设。因此,数字孪生模型研究下一步需要解决的问题是如何对接标准参考架构,如德国提出的工业4.0参考架构模型RAMI4.0和中国的智能制造系统架构IMSA等;关于数字孪生模型需要建立统一的描述方法并确立一致的结论,以规范各自独立发展建立起来的模型,从而改善模型的互操作性和可扩展性,否则,随着系统规模的扩大模型效能会显著下降;中国数字孪生模型的研究急需国产专业工业软件和建模软件的支持,以便中国学者深入开展更加符合国情的深入研究。     

铝电解数字孪生体构建及应用研究

智能制造与传统铝电解技术的深度融合,引领着铝电解行业可持续发展,但是当前铝电解实体装备与数据模型缺乏有效映射,阻碍了铝电解行业智慧转型的步伐。因此,本文将数字孪生技术与铝电解生产技术有机结合,开展铝电解数字孪生体整体架构设计、关键技术研发及应用研究,构建物理实体、虚拟模型、孪生数据、智能决策服务及虚拟-现实交互连接五维模型。铝电解物理实体划分为电解厂、电解车间及电解设备三个层级,通过三维场景数字化建模、离线物理场建模及动态仿真数学建模,映射与之对应的虚拟模型。使用交互连接技术进行物理实体与虚拟模型实时同步孪生数据,部署铝电解数字孪生体原型系统,实现铝电解生产环节虚实映射,为铝电解行业数字化、智能化转型提供了先进思路与技术方法。     

工业4.0背景下制造产线数字孪生体建模方法研究

信息物理系统（cyber physical system,CPS）的快速发展推动了传统制造产业的快速转型升级。为进一步完善智能制造产线CPS系统的建立,对国内外相关组织和机构对数字孪生定义的研究进行对比和分析,同时使用博图软件对某智能制造产线的数字孪生体进行搭建,构建该智能制造产线从生产、制造、加工、运输到仓储无人化的信息物理系统,并以其成品立体仓库为例进行实验,验证了CPS系统的可行性。为智能制造产线的迭代升级提供数据与现实基础。     

基于数字孪生与区块链的智慧农业系统研究

数字孪生与区块链等新一代数字技术正广泛应用于农业领域中,推动现代农业向智慧农业方向快速发展。数字孪生是一项用数字技术创建真实对象的数字等效物的技术,用于在虚拟空间中反映其状态或行为。而区块链与数字孪生的结合将进一步增强孪生数据和应用结果的可信性。将数字孪生用于农业领域,可以帮助农民进行农业生产的远程管理和科学决策。本文分析了数字孪生体在产品生命周期中的作用,介绍了6种不同的数字孪生应用类别,并结合农业生产管理的特点设计了数字孪生系统的实施模型结构。最后,针对具体的金银花采摘应用场景对数字孪生系统的结构进行了更详细的设计。     

“未来工厂”打造智造之路

"未来工厂"是广泛应用数字孪生、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等技术,实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控和社会经济效益大幅提升的现代化工厂"未来工厂"是智能制造的典型,也是智能制造的缩影。未来智造,会呈现出怎样的趋势?智造会有怎样的未来?我们发现,当前,我国制造业走过机械化、自动化、数字化等发展阶段,已经搭建起完整的制造业体系和制造业基础设施,在全球产业链中具有重要地位。这让我国具备了实现智能制造、推动全球产业链变革的可能性和基础实力。     

煤矿智能掘进机器人数字孪生系统研究及应用

针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分析了面向掘进的数字孪生系统成熟度模型,通过对智能掘进机器人系统及其组件进行数字孪生实例化设计,实现智能掘进机器人群掘-支-运平行作业协同控制。为了适应陕北地区的复杂地质条件,设计了盾体式临时支护+横轴式掘进机的智能掘进机器人并介绍了其各组成部分工作原理。设计了智能掘进机器人数字孪生系统控制架构,详细描述了其数据感知模型。并以小保当矿业有限公司智能掘进机器人系统为应用案例,展示了智能掘进机器人数字孪生系统的研究和应用情况。研究显示该系统可适应复杂地质条件下多机器人掘-支-运平行作业协同控制,结合虚拟现实有效整合多源数据,可实现多机器人掘进过程的智能感知与远程控制,有效提升巷道掘进的智能化水平,保障巷道掘进效率和成型质量。     

大数据驱动的绿色智能制造模式及实现技术

为实现生产制造过程智能化与绿色制造的有效整合,在运用系统工程理论分析智能制造和绿色制造协同互补性的基础上,提出一种大数据驱动的绿色智能制造新模式。以产品生命周期为主线,从数据驱动的产品绿色定制化研发、基于数字孪生的主动资源配置调度、面向服务的先验维护策略、考虑资源循环的产品回收及再制造流程4个方面阐明了新模式的具体实现思路。最后,结合业务流程再造思想及物元可拓法探讨了传统制造模式向文中所提新模式转型的实施方案与关键技术,并以一个应用案例,验证了该运行模式的可行性与有效性。     

2019年智慧城市研究与实践热点回眸

 智慧城市是技术、人文和社会经济融合的复杂巨系统。2019年智慧城市研究与实践不断创新，在共性关键应用技术突破、数据平台集成建设和应用模式创新等方面成效显著。从智慧城市与可持续发展、智慧技术与智能设施、大数据平台与“智慧大脑”、数字孪生城市与智慧空间、智慧服务与智慧生活、数据驱动的智慧管理等6个方面，回顾了2019年智慧城市研究与实践的有关进展。     

元宇宙应用探索与展望

新一代信息技术的集中爆发,使得整合性技术“元宇宙”成为产业界和学术界瞩目的焦点。元宇宙对于现实世界的发展和影响备受关注。本文从时代背景出发,对元宇宙概念进行概述,围绕元宇宙本质特征与元宇宙发展核心技术(扩展现实、数字孪生、人工智能、区块链等)进行知识梳理,并提供元宇宙技术功能架构;对元宇宙目前主要的应用领域,即技术创新、产业变革、行业升级、虚实交融、智慧城市应用等进行分类综述,指出元宇宙有利于人类社会教育模式创新、生活方式重构和生产效率提高。最后,本文对元宇宙的未来发展方向进行了分析和展望,元宇宙的发展呈现出从社会主要行业产业的场景应用融合向外扩展,再纵向深入发展的趋势。     

改变世界的智能机器——智能机器人发展思考

 随着云计算、大数据、智能感知、微纳制造、生物材料、智能交通等高新技术的深入发展,智能机器即智能机器人作为世界经济与产业增长方式转变过程中的关键因素,正在进入新的发展阶段。本文从智能机器人的需求和背景出发,介绍工业机器人、家用服务机器人、特种服务机器人的定义和发展现状,分析未来智能机器人的前沿技术发展和产业化趋势。     

基于应用型的工业工程实验教学方法研究

针对工业工程专业特点,确立了围绕工业工程专业主干课程,以一个典型的机电产品为研究对象,应用工业工程及制造工程的方法,开展产品制造组织与管理、产品制造工艺分析与优化、制造系统建模仿真与优化、管理系统的规划与开发、制造系统及产品制造过程实施、制造系统分析评价等方面的系统训练。锻炼了学生综合应用专业知识的能力,提升了就业竞争力,更好地满足了社会对工业工程应用型人才的需求。     

智能轮胎——轮胎智能制造的机遇与挑战

 智能轮胎是信息技术和轮胎技术深度融合的产物,为轮胎智能制造的信息化、智能化和网络化创造了极好的发展机遇。智能轮胎的状态监测方法为轮胎生产、仓储、运输、销售和维修服务全生命周期的信息化管理提供了便利;其建模与控制技术方便了轮胎数字化设计与虚拟仿真的实现,为轮胎制造过程的智能化提供了便利;轮胎状态自动调节系统收集轮胎在不同路面状况、不同轮胎压力和不同速度下的信息,方便进行轮胎性能的分析,为轮胎制造过程的网络化提供了便利。但智能轮胎相关的轮胎材料和制造技术、传感器和芯片技术、实验测试技术以及智能化应用方面还存在一定的局限性,对智能轮胎技术在轮胎智能制造过程的实施提出了挑战。     

中国工业互联网发展历程与展望

 通过梳理中国工业互联网的发展历程，分析了工业互联网的建设意义、发展路径。在党的各项方针政策的指引下，中国积极推进两化融合战略，进一步加速制造强国和网络强国建设的协同发展，加快工业现代化的历史进程。中国近年来一直大力支持工业互联网的发展与迭代，强调利用信息技术提升中国制造的全要素生产率，有利于推动信息化和工业化在更广范围、更深程度、更高水平上实现融合发展。     

数字时代的技术-经济新范式及全球竞争新格局

 以新一代信息技术持续突破为主导，融合新能源、新材料等先进技术的新一轮科技革命将会带来制造范式、组织模式和产业结构的深刻变革。概述了数字时代新科技革命和产业变革的特征，分析了数字技术和现代制造技术相融合带来的全球竞争新格局，探索中国“平台型”数字经济产业创新生态的实现路径。     

基于模糊评价的产品设计方案决策研究

随着全球制造业不断发展,工业设计已经成为一个企业立足的根本。工业设计的核心是产品设计,因此产品设计方案的决策就有着至关重要的作用。以简要的产品评价及模糊评价法的相关理论为出发点,将这种理论方法应用于新产品设计方案评选中．实现更快更优的设计方案的决策。