面向低碳的车间生产过程数字孪生建模

智能制造关键技术的不断突破及其在制造业的快速应用极大地改造着传统车间的生产模式．现代企业的生产方式逐渐朝着集成化、复杂化和智能化方向发展,给车间生产过程低碳运行目标带来挑战．为了提高车间生产过程能耗管理的质量与实时性,提出了一种面向车间能耗管理的数字孪生建模方法．基于物理生产车间的生产资源与车间布局方案搭建虚拟生产车间,通过物理与虚拟车间设备运动信息的交互为几何模型添加运动关系,并结合生产节拍建立车间运动规律的数字孪生模型;采集单机物理生产设备随加工参数变化的能耗数据,使用BP神经网络建立多设备的能耗模型,基于获取物理与虚拟车间实时交互的能耗数据建立车间能量流动规律的数字孪生模型．最终实现包含动态能耗信息的车间生产过程数字孪生建模．同时基于该数字孪生模型提出了一种面向车间生产过程的能耗优化方法,结合刀具寿命、机器人运动平稳性、生产时间等多源评价指标建立多目标优化函数,获取数字孪生模型中的动态能耗数据并应用蜂群算法实现对车间低碳生产需求下的多设备加工参数协同优化．最后以给定工件的生产过程为例,对所提数字孪生建模方法和建模效果进行验证,实验结果表明借助该数字孪生模型环境下的生产过程优化方案...     

基于犹豫模糊语言的数字孪生车间质量评价

为量化评价数字孪生车间的建设质量,提出了一种基于犹豫模糊语言的综合评价模型。首先构建了数字孪生车间质量评价的指标体系,采用OWA(ordered weighted averaging)算子对评价指标进行了权重计算;接着,针对在数字孪生车间质量评价过程中决策者无法准确用单一数值进行指标评价的不确定性问题,基于犹豫模糊语言建立了数字孪生车间的质量评价模型;最后,以结构件数字孪生车间为例进行了实例验证。实例应用表明,所建立的质量评价模型实用性较强,能有效提升评价结果的可靠性与柔性。可见,所述评价模型为数字孪生车间质量的量化评价提供了新的思路。     

数字化车间信息模型及其建模与标准化

数字化车间作为智能制造和智能工厂的核心基础单元,是智能制造领域的重点研究方向之一。标准化信息模型是打破信息孤岛、实现车间之间及其内部设备互联互通的基础。该文针对数字化车间的信息互联互通问题,给出了数字化车间信息模型的内涵、组成要素和建模要求,并对现有信息模型建模方法进行了梳理,通过对比研究明确各建模方法的特点,探讨智能制造背景下数字化车间信息模型的建模方法。针对信息模型的标准化问题,梳理标准化的途径及方法,建立信息模型建模指导流程,明确信息模型建模技术及标准化的发展方向。     

基手RFID的数字化制造车间物料实时配送方法

针对当前数字化制造车间物料配送问题,提出了一种基于射频识别技术的数字化制造车间物料实时优化配送新方法．对数字化制造车间资源进行精确布局,在采用RFID技术对物料配送小车进行实时位置跟踪的基础上,建立数字化制造车间物料配送路径优化模型并采用分支定界算法对模型进行解算,实现配送小车的物料配送路径优化与实时导航;开发了基于RFID的数字化制造车间物料配送系统,验证结果表明：所提出的方法能够有效解决数字化制造车间的物料配送路径优化与实时导航问题,为实现数字化制造车间的准时生产（JIT）奠定了基础．     

基于RFID的数字化制造车间物料实时配送方法

针对当前数字化制造车间物料配送问题,提出了一种基于射频识别技术的数字化制造车间物料实时优化配送新方法.对数字化制造车间资源进行精确布局,在采用RFID技术对物料配送小车进行实时位置跟踪的基础上,建立数字化制造车间物料配送路径优化模型并采用分支定界算法对模型进行解算,实现配送小车的物料配送路径优化与实时导航;开发了基于RFID的数字化制造车间物料配送系统,验证结果表明:所提出的方法能够有效解决数字化制造车间的物料配送路径优化与实时导航问题,为实现数字化制造车间的准时生产(JIT)奠定了基础.     

面向教研一体化的数字化制造实验教学平台搭建与探索

为了更好地将高校人才培养目标与社会需求保持一致,培养出国家急需的数字化智能制造类专业人才,该文结合车辆工程专业整车数字化制造人才需求,搭建一套数字化制造软硬件实验教学平台,并进一步针对该平台的实验教学与科研一体化功能进行分析探索。该平台主要由机器人系统、装配工艺仿真软件系统等组成,通过软件系统对物理世界的多维度、多领域、多视图的装配工艺数字仿真模拟,并结合机器人装配路径规划、多机协同等工艺轨迹仿真,把物理世界的信息综合在数字世界中,构造一个虚实结合的数字孪生教学系统。该装配工艺数字化实验教学平台的搭建,对整车等复杂工业产品制造产业升级背景下的人才培养具有较大价值,也为国家数字化智能制造行业人才培养中的教学方法创新提供参考。     

基于CATIA通用产品设计平台的梭车运煤机焊装夹具设计的专用模块开发

基于数字化设计与虚拟制造技术,采用CATIA通用产品设计平台对梭车运煤机焊装夹具设计的专用模块进行开发;在整个产品的设计和制造过程中,溶入三维建模技术、数字仿真技术、数字化检测技术,在产品的设计阶段,保证产品的质量,提高产品的稳定性、可靠性、安全性。通过多年的设计积累,对现有结构件及零部件和典型焊装线进行了规格化、标准化和系列化的处理,建立面向梭车运煤机焊装线的各类焊装设备的通用件模型库,实现焊接设备一些部件的标准化设计,极大缩短产品的开发周期。     

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。     

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。     

天然气三甘醇脱水装置数字孪生系统

数字孪生可以实现物理空间与数字空间之间的映射和交互,在工业领域展现出巨大的发展前景。针对天然气脱水性能参数检测效率低和气站工艺参数无法在线优化的问题,将数字孪生应用于化工行业,构建了三甘醇（triethylene glycol, TEG）脱水装置数字孪生系统的整体框架。结合物理设备建立了孪生系统的几何模型,并基于物理数据实时驱动建立了脱水系统工艺流程模型,最后,通过虚实映射模型完成物理空间和数字空间的映射,最终建立脱水装置的孪生模型。该模型可实现物理设备与虚拟设备的并行运行。通过提出的数字孪生系统,能够实现对天然气水露点等脱水性能参数的实时预测;以低能耗为目标,通过孪生模型中的优化算法,可实现对脱水工艺参数的在线优化,提升经济效益。     

基于时序数据库的产品数字孪生模型海量动态数据建模方法研究——以电力企业为例

<正>时序数据库是我国工业生产中应用的基础性工具软件。基于网络时代和工业数字化转型发展的新要求，将时序数据库与数字孪生平台结合起来，研究开发一种更适合当前电力企业生产发展的基础工业软件，对促进我国工业的现代化发展具有重要意义。本文以时序数据库为主要研究对象，着重对基于时序数据库的产品数字孪生模型海量动态数据建模方法进行了研究和分析。     

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。     

航天数字化车间评价指标体系研究

当前航天产品全面进入批量化、产业化的发展阶段,航天研制模式从以往的研制为主向研制和生产并重转变。航天数字化车间作为数字化技术应用于航天制造领域的重要载体,其数字化水平的提升对提高航天产品的快速研制能力具有重要意义。航天企业需建立具有航天特色的数字化车间评价指标体系,从数字化基础建设、数字化功能应用、数字化保障体系、数字化综合效益四个方面构建三层评价指标体系,厘清各层级评价指标隶属关系和内在联系,确保全套评价指标覆盖性的同时兼顾各项评价指标的相对独立性。以航天数字化车间评价指标体系为基础,利用层次分析法赋予各级指标权重系数,明确评价总分对应的评价结果,可形成一套航天数字化车间评价准则,以指导航天企业切实开展数字化车间评价工作,进而发现并补齐车间建设短板,逐步提升航天数字化车间建设水平。     

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。     

孪生数据驱动的绿色切削工艺优选决策

为了快速优选低碳且具有环境友好性的绿色切削工艺,提出了一种孪生数据驱动的绿色工艺优选决策方法。首先,建立了数字孪生驱动的切削加工工艺优选决策流程;其次,以加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗、环境影响为一级评价指标,建立了绿色切削工艺优选评价指标体系;再次,采用网络层次分析法对评价指标进行权重计算,并基于概率犹豫模糊理想值法及孪生数据对备选的绿色切削工艺进行优选决策;最后,以某航空企业的叶片加工工艺优选为例进行实例验证。结果表明：该方法能够充分利用数字孪生车间的仿真预测、历史数据挖掘、实时采集等功能,以孪生数据的形式为工艺评价提供全面的数据源;同时所建立的评价决策模型实用性较强,符合现实的切削工艺优选决策场景,模型求解方法鲁棒性好。     

一种基于NFP非凸几何的船舶中间产品堆场布局优化方法

针对现代船舶制造过程中堆场空间资源浪费和布局不合理的现状,提出了一种基于NFP(no-fit polygon)非凸几何的船舶中间产品堆场布局优化方法.该方法以不规则多边形来表示结构件轮廓,将非凸多边形分割处理为简单凸多边形,用遗传算法对结构件在堆场中的排序进行优化.通过计算NFP实现船舶中间产品堆场的布局优化,解决非凸几何结构件在堆场中的布局问题.试验结果表明,该方法可以有效提高船舶中间产品堆场的空间资源利用率.     

可重组制造系统车间设施动态重构研究

针对制造系统车间设施重构的决策问题,给出了面向可重组制造系统车间设施动态重构方法.利用多色图理论着色原理定义设施围道,建立制造车间多色图模型,通过布尔矩阵生成车间作业单元配置模型和物流模型,并构建工艺可行的作业单元配置方案;利用仿真分析软件构建作业单元配置方案的数字化仿真模型,结合生产物流及设施利用率分析,重构作业单元内设施系统.以某公司机械加工车间为研究对象,验证了车间设施动态重构过程的可行性和有效性.     

航天飞行器金属结构的制造工艺及检验方法研究

我国航天技术通过半个世纪的发展,已经迈向了世界.人们已经意识到航天飞行器在航天技术中发挥了重要作用,并且对其进行了积极的研究.在空间开发中航天飞行器发挥了主要作用,其已经成为航天高技术研究的重点.在这样的情况下,对航天飞行器金属结构的制造工艺和检测方法的研究具有重要意义.该文主要分析了航天飞行器的工艺特点和发展,飞行器结构件的数控加工技术,飞行器结构强度可靠性检验.     

基于MBD的飞机数字化定义技术

飞机数字化定义技术伴随着时代发展,逐渐完善和发展起来。如何简洁、高效、合理地表达产品特征;满足产品数字化定义在数字化信息系统中的传递与应用要求;实现数字化设计与数字化制造的无缝集成,是飞机数字化定义技术需要解决的核心问题。MBD(ModelBased Definition)技术是以三维产品模型为基础,集成了三维空间尺寸公差标注、制造要求标注在内的特征信息,实现对产品特征描述、共享、满足信息系统的直接传递要求,并实现对产品信息的分类管理。本文从MBD技术的具体应用方面,结合飞机数字化定义、三维设计与制造等方面进行论述和介绍。     

基于MBD的产品信息全三维标注方法

对基于三维模型表达产品信息的方式进行了研究,提出了利用基于模型定义(MBD)技术在三维模型上标注产品信息的方法.首先,将产品信息分为设计信息和制造信息,从而方便对信息进行分类表达.特别提出了产品制造信息符号化组合表达的方法,并构建了工艺信息框格.其次,对产品信息三维模型表达的特点进行了研究,提出了三维信息表达公式,并规定了颜色的使用规则.此外,针对三维标注信息存在的“刺猬”现象,提出了三维标注信息分视图、分图层的管理方法,实现了产品信息的合理有效表达.最后,在开发的基于全三维模型的数字化工艺设计系统(FTPDS)上,实现了产品设计制造信息的全三维标注,并验证了全三维标注符合GB/T 24734-2009规定的标注规则.