基于数字孪生的装甲装备故障与健康管理参数优化平台研究

针对故障预测与健康管理（prognostics and health management,PHM）系统的可靠性和指标参数优化问题,提出五维数字孪生（digital twin,DT）模型和智能体方法对基于PHM系统的装甲装备保障进行仿真建模。为提高PHM系统的效率和精度,利用五维数字孪生模型驱动装甲装备的PHM系统,将物理实体与虚拟模型进行数据融合。使用智能体技术对DT模型中装甲装备的复杂系统结构和装甲装备的等待、训练以及维修等物理行为进行刻画。利用仿真实验验证了系统的有效性和合理性,综合装甲装备完好性、任务成功性等系统权衡指标优化了PHM系统整体指标参数。     

面向低碳的船舶航行数字孪生模型框架研究

数字孪生技术赋能船舶与海上设施领域是国内重点发展战略规划,碳达峰是当前国际重大议题。为解决面向低碳的船舶航行过程数字孪生模型缺乏精准化设计这一问题,文章提出了一种以最小化碳排放为目标,综合考虑船舶综合电力系统、能量管理系统和故障预测系统,建立数字孪生模型的框架,并针对能量管理过程建立面向低碳的船舶航行多目标数学模型,以期对船舶航行的碳排放进行监控与优化控制。     

基于数字孪生的高温高压容器寿命预测

为解决高温高压容器剩余寿命在线预测难题,提出一种基于数字孪生的高温高压容器剩余寿命预测模型构建方法。该方法基于实时工况条件,采用ANSYS仿真模型进行耦合仿真,获取高温高压容器一定时域物理场,通过多轴蠕变损伤模型建立高温高压容器剩余寿命预测样本数据集,利用Tent-SSA优化的BP神经网络算法进行训练预测,建立机理模型与机器学习融合驱动的数字孪生高温高压容器寿命预测模型。最后以某型钠冷快堆蒸汽发生器关键部件的管板作为对象,试验结果表明该预测模型总体均方误差由优化前的3.2197E-02降低至7.7449E-03,模型更稳定且鲁棒性强、收敛快。     

数字孪生技术在图书馆借阅服务中的应用

为了完善读者借阅服务、实现精准知识服务、提高馆藏资源的利用效率以及优化馆藏资源,运用数字孪生技术建设虚拟文献资源系统,对图书馆每天产生的大量借阅数据进行可视化分析。读者的所有借阅行为都可以形成交互信息,通过数据采集、存储、融合、计算和交互等数据处理过程进行模拟输出。对虚拟文献库数据统计与可视化分析的结果可以为改进图书馆借阅服务,实现精准知识服务及优化纸质文献资源库提供决策辅助。     

数字孪生技术的实例应用

数字孪生技术一直侧重于应用在制造、产品设计等重资产行业,随着物联网、云计算和AI等支持技术的发展,目前数字孪生也应用在其他新领域当中.本论述数字孪生发展历程,梳理数字孪生概念架构和技术流程,并基于数字孪生技术的特点,分析其在各个领域中的案例应用,为虚拟复杂场景中应用数字孪生技术提供理论依据.     

数字孪生在空间结构生命周期管理中的应用与挑战

数字孪生是推动空间结构生命周期数字化、智能化管理的关键技术。为实现空间结构生命周期的智能管理,首先,分析数字孪生在“面向对象”和“面向过程”中的含义,给出基于数字孪生的空间结构生命周期管理新内涵;其次,分析空间结构在设计、建造和运维等结构生命周期管理各阶段的应用范式,以此建立数字孪生驱动的空间结构应用架构;最后,对数字孪生在空间结构生命周期管理应用中存在的挑战进行阐述和展望。研究表明,数字孪生是空间结构生命周期管理的技术保障,而高保真孪生体是实现数字孪生功能的重要前提。     

数字孪生技术在电力物资仓储管理中的应用

目前,电力物资仓储管理面临着资源统筹能力欠缺、智慧调控能力不足等挑战,而传感检测、信息通信、数字孪生等技术的快速发展与广泛应用,为解决电力物资仓储管理难题提供了思路。该文对电力物资仓储管理现状进行归纳分析,深入分析数字孪生技术的典型特征,提出基于数字孪生技术的电力物资仓储智慧管理体系架构及其关键技术,并将其应用于示范项目,为进一步深化研究及应用提供参考和借鉴。     

面向6G的数字孪生网络综述:架构、应用和挑战

数字孪生网络(digital twin network,DTN)是一种利用数字孪生(digital twin,DT)技术创建物理网络设施的孪生虚拟数字网络。通过DT技术,DTN将从多个方面提升6G网络的能力,包括智能故障管理、智能网络优化和管理、网络智慧内生,助力实现极简化、智能化和自动化的网络。通过对DTN进行全面研究,描述了DTN的主要特征和定义,阐述了DTN的架构、协议及接口和生命周期管理,并阐述其在模型管理与部署、资源管理与调度、安全与隐私保护、智能网络运维和智能交通这几个方面的应用,分析了DTN的挑战与未来。     

数字孪生自演化驱动的地下工程沉降预测

随着城市地下空间发展,地下工程沉降问题应引起重视。传统沉降预测模型常存在模型预测精度不高、模型可解释性差和难以模拟沉降规律的动态变化等局限性和不足,对此提出一种基于数字孪生自演化的地下工程沉降预测方法。建立的地下工程孪生体为沉降预测模型的高精度建模提供了有效的支撑,开发的“多项式回归+总体卡尔曼滤波”自演化算法每一步都具有可解释性,同时模型参数自主校正功能使预测模型能够动态追踪沉降规律的改变。实验结果表明所提方法能够有效解决传统沉降预测模型的缺陷。     

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。     

基于数字孪生技术的政务管理范式重构

党的二十大报告指出,要加快推进“数字中国”战略。随着数字政府建设不断深化,进一步推进数字技术与政务管理改革深度结合逐渐成为行政管理学界的研究热点。作为国家治理体系和治理能力现代化建设的关键环节,现代信息技术驱动下的政务管理理论范式和运行模式面临着“数字化”的重要影响。在此背景下,作为能够有效衔接数据对象、工具模型、应用场景的数字孪生技术,不仅能够科学解释政务管理“数字化”范式体系转型的基本特征,同时也为相关制度建设和实践探索提供了有力技术支撑。文章通过探讨将数字孪生技术引入行政管理活动的理论可行性,探索性地提出以数字孪生实现行政活动政务流程数字化改造具体路径,并对实践中如何进一步提升行政机关“数字化”治理能力提出了建议。     

基于数字孪生的装备保障关键技术研究综述

随着军队改革的深入和军事装备的发展,合成部队对装备保障的“精确化”要求越来越高,传统的装备保障模式无法适应新的要求,出现了信息利用水平不高、主动预警能力不强、器材需求测算不准等问题。数字孪生技术的出现与发展为解决当前问题提供了有效方法。通过分析装备保障面临的问题,提出了将数字孪生技术应用于装备保障领域,综合分析了国内外关于数字孪生与装备保障关键技术的研究,并进行了应用展望。     

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。     

基于模型的数字孪生的认知突破与方法论创新

在新一代信息技术快速发展和广泛应用的背景下,数字孪生技术下的虚拟孪生模型,相较于以往的模型呈现出前所未有的特征与优势：能够实现对物理原型的多维多时空尺度刻画,能够基于算法和数据双驱动实现与物理原型之间的精准映射与虚实融合,能够在物理原型的全生命周期内实现动态重构与自主孪生。在“数字孪生五维模型”基础上描绘了一幅“基于模型的数字孪生图解”以对数字孪生模型的构建、运作与应用进行具体分析。数字孪生模型方法的应用是对人类以往认识世界方法的最新突破,由此也带来了人们认知方式与思维模式的转变。基于模型的数字孪生正是在“需求思维、模型思维、协同思维”的指导下,不断进行着模型构建与协同合作新方法的尝试,以期通过技术实现造福于人类社会。     

基于数字孪生的教育效用分析

基于数字孪生的教育效用分析是教育对象(如教育者、学习者、学习素材、学习过程、价值模型、能力评估等)大数据的因果链、价值链的数字分析模型,通过接收来自教育对象的数据而实时演化.可对人的培养过程进行分析、预测、诊断、训练等(即仿真),并将仿真结果反馈给教育对象,从而帮助对教育对象进行培养过程优化和干预决策.     

数字孪生技术在智能制造中的发展与应用研究综述

数字孪生技术作为实践智能制造理念的使能技术与手段,能够有效解决智能制造的信息物理融合难题,已成为当前世界各国学术界和工业界关注的热点。为了更好地理解和应用数字孪生,本文首先从数字孪生的背景和定义两方面进行归纳和总结;在此基础上,从公开出版年度、主要出版国家、主要研究方向等不同维度,采用文献计量分析方法对Web of Science(WOS)核心合集数据库近5年来收录的与数字孪生相关文献进行研究,综述了数字孪生技术在产品设计、工业生产、制造服务方面的应用;最后对数字孪生技术未来的发展方向进行展望,以期为数字孪生技术在智能制造领域的落地应用提供一定的理论参考和借鉴。     

基于数字孪生的碰撞预测系统

工厂内人、车、设备交叉作业频繁,工作环境复杂,驾驶员视距受限,容易因疲劳、视角盲区等影响,造成误操作,从而导致碰撞事故的发生。该文提出了一种基于数字孪生的碰撞预测系统,分析了系统的技术架构,在此基础上给出碰撞预测模型的开发方法,将预测结果反馈至实际物理世界中,调整物理世界中的碰撞预测对象的运行状态,同时用物理世界中数据实时迭代更新碰撞预测结果,实现了工厂内的碰撞预测。以焊接成品车间碰撞预测场景为例,验证了所提方法的有效性与适用性。     

基于数字孪生的航班保障预警系统

为了提高航班和保障车辆的安全性,本文提出了一种基于数字孪生的新型航班保障预警系统架构。数字孪生系统中包括实际机场、赛博空间的仿真模型以及实时数据。系统可以根据当前作业状况,预测保障活动未来会出现的风险情况。文章中详细介绍了航班保障的规则,仿真模型的设计开发,如何实现保障车辆和航班数据的实时采集,以及潜在碰撞风险的预测。为了验证预警逻辑和算法的有效性,在Anylogic平台进行系统开发和仿真实验,实验结果表明本文提出的架构可以对车辆和航班进行提前预警,保障运营安全。     

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...