针对电子产品装配过程中存在的元器件精确定位难、细微缺陷检测慢、工程可视化程度低等技术难题,设计和搭建“微型灯塔工厂”工程示范厂房,采用Tecnomatix平台搭建微型灯塔工厂数字孪生体,解决制造过程中可视化程度低的问题;采用LabVIEW平台及深度学习算法实现CO-WORK及人机工程的快速检测和诊断,解决了生产运维难的问题;通过融合多尺度注意力权重信息的智能检测识别算法,解决了微型电子电路板检测速度慢和识别率低的难题。

随着装备朝着复杂化、集成化、智能化方向发展,如何快速准确构建高保真数字孪生模型是复杂装备智能运维的基础性工作与最大技术障碍。提出依靠设计结构矩阵(DSM矩阵)进行任务耦合度优化与智能分发的策略,实现复杂装备数字孪生多点建模全方位动态监管;基于DSM矩阵特点提出一种改进遗传算法,改进优化流程并提高任务处理速度;最后,开发基于Web的分布式协同建模平台,实现了丝杠试验台数字孪生实体模型的协同构建。试验结果表明该试验台协同建模效率得到了显著提升,为复杂装备数字孪生模型快速构建提供了工程案例,为复杂装备智能运维提供了技术支撑。

针对FANUC机器人控制系统开放性差问题,设计一种基于KAREL语言的机器人开源控制系统。基于Coppeli-aSim远程API接口文件,联合MATLAB、CoppeliaSim平台,设计离线仿真系统;通过开发上位机控制软件与KAREL程序,建立机器人控制器与上位机间基于TCP/IP协议的通信,实现了上位机对机器人的在线控制;并结合数字孪生技术,实现了虚拟样机与物理样机的同步运行。最后,基于FANUC M-20iA机器人实验平台验证了该机器人开源控制系统的可行性。

数控车床主传动系统是机床的核心部件,其一旦发生故障会造成加工质量甚至作业安全问题。数字孪生技术能降低故障诊断的难度,但目前研究仍存在物理实体到虚拟实体转换效率低和神经网络过拟合问题。为了解决上述问题,提出一种基于数字孪生和正则化BP神经网络的故障诊断方法。建立数控车床主传动系统数字孪生模型,通过OPC UA通信完成了物理实体和虚拟实体间孪生数据的交换,对比分析正则化改善过拟合问题的4种方法,构建了丢弃法正则化BP神经网络故障诊断模型。通过对比不同信噪比下BP神经网络、丢弃法正则化BP神经网络和卷积神经网络的损失函数和预测准确度,验证了诊断模型的可行性和算法的适用性。

针对混流大型生产装配车间配送调控能力差、配送过程监控困难、运输资源消耗大等问题,提出一种基于遗传算法的数字孪生车间的物料配送方法。建立物理配送与孪生配送实时交互的数字孪生车间物料配送多目标模型,根据物料清单使用遗传算法生成初始物料配送方案,在搭建的孪生车间中对初始配送方案进行仿真优化,并采用数字孪生模型监测设备配送情况并解决配送过程中出现的突发情况。最后以某柴油机装配车间物料配送为例,证明了遗传算法结合数字孪生的装配车间物料配送方案能合理安排物料运输,降低了起重机运输时间,提高了AGV工作安全性,优化车间配送系统性能。

为了有效支持复杂产品设计开发,基于元模型建模理论和MBD方法,分析复杂机电产品数字孪生体全生命周期各阶段多维信息关联机制,构建复杂产品数字孪生体全生命周期的信息模型。最后以某车辆液力变矩器的数字孪生体的信息模型构建为例,展示了复杂产品的多维信息统一融合设计的过程。

基于数字孪生技术，对CRH380BL型动车组轮对的动态性能与磨耗之间的关系进行研究。采用参数化建模方法，建立了轮对的三维数字孪生模型。通过有限元模态分析，得出轮对前25阶固有频率和振型。基于车轮磨耗类型特征以及磨耗规律，对轮对模型进行磨耗仿真。研究了踏面磨耗和轮缘磨耗对轮对动态性能的影响，得出磨耗前后固有频率、振型、最大位移、最大应力的变化，总结出踏面磨耗和轮缘磨耗对轮对动态性能的影响规律。

为了详细研究重型车辆的行驶状态,利用两种不同的方法建立了车辆的数字孪生模型对其进行预测研究,并对孪生模型的适用范围进行了分析。首先利用相关装置和仪器对车辆的行驶参数和状态进行了测量,然后分别利用高斯过程和深度卷积神经网络建立了车辆行驶的数字孪生模型,两个模型的输入均为车辆的传动系统参数、动力系统参数及天气状况,输出参数为车辆的行驶速度和转矩值。分析结果显示,基于高斯过程的数字孪生模型对于车辆行驶参数的预测精度较高,基于深度卷积神经网络的孪生模型在短时间内的收敛精度较好。文中所建立的车辆数字孪生模型为后续的车辆行驶状态的优化及孪生交互技术的实现奠定了基础。

为进一步提升企业业务能力,采用基于数据中台、算法中台和业务中台的系统架构,从思维模式、企业实践和数字驱动维度对工业仿真领域进行场景化重构。该方法回归业务本质,简捷高效,依托平台赋能进行业务推广,激发企业价值创造,破解人才瓶颈,有效降低数字化转型成本及运营风险等多重问题,打造工业仿真全场景数字化战斗力。

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.