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离散制造生产线可配置数字孪生数据系统设计

计算机集成制造系统 2024年

作者：王鑫胡天亮马嵩华孟麒山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东大学机械工程学院山东大学机械工程国家级实验教学示范中心

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括... 详细信息

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括三项关键技术：生产数据规范化建模、数据系统的柔性配置生成和重构以及数据系统交互接口设计。最后，以某活塞生产线为实例进行了数字孪生数据系统的实现，验证了所提方法的正确性和有效性，为离散制造过程中，数字孪生数据系统的实现提供了技术解决方案。

关键词：数字孪生数据系统生产信息建模可配置性交互接口

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基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法

中国矿业 2024年第6期33卷 129-136页

作者：薛山段岳飞胡天亮马嵩华山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061

在隧道施工过程中,岩体参数的获取是实现隧道掘进机参数调整和智能决策的前提,因此,要对掘进过程中获得的岩块进行采样和检测,而岩块识别和检测目前主要由人工完成。本文针对岩块的自动化识别和检测问题,提出了一种基于机器视觉的岩块... 详细信息

在隧道施工过程中,岩体参数的获取是实现隧道掘进机参数调整和智能决策的前提,因此,要对掘进过程中获得的岩块进行采样和检测,而岩块识别和检测目前主要由人工完成。本文针对岩块的自动化识别和检测问题,提出了一种基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法,通过融合岩块区域检测和语义分割算法能够快速准确获取岩块的形心坐标和过形心最小直径。首先,使用YOLOv3网络对岩块进行识别,实现岩块的区域检测。其次,针对每个区域的岩块采用FCN-DenseNet网络进行语义分割和图像处理,并对全卷积神经网络进行改进,减少了语义分割模型的参数量,提高了语义分割效率,提升了岩块轮廓获取的精度和速度。最后,根据获得的岩块轮廓点,计算其形心坐标及过形心的最小直径,为机械臂抓取和岩块点荷载强度的计算提供支持。搭建实验平台,完成机械臂手眼标定和深度相机坐标下岩块图像与岩块点云对齐,获取岩块形心坐标在机械臂坐标下的位置。实验结果表明,本文所提算法能够快速准确地获取岩块的形位参数,对10次实验中的102块岩块识别检测成功率为91.18%,在所有完成识别检测岩块中的吸取成功率为92.47%,可以应用于岩体的自动化检测,提高岩体检测的效率和智能化水平。

关键词：岩块识别区域检测语义分割岩块定位点云对齐

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基于Unity的生产线可视化智能监控系统

组合机床与自动化加工技术 2024年

作者：于盼磊高玉飞袁徽涌赵晓龙马嵩华机械工程学院(山东大学) 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东大学机械工程国家级实验教学示范中心航天轩宇(杭州)智能科技有限公司

针对自动化生产线存在的高效智能监控难题，设计了一种基于Unity的生产线可视化监控系统架构。对虚拟场景搭建、模型随动控制、虚拟生产线可视化等技术进行了论述，提出了一种基于权重的优先通信策略;对设备故障、转运干涉/卡顿、异物... 详细信息

针对自动化生产线存在的高效智能监控难题，设计了一种基于Unity的生产线可视化监控系统架构。对虚拟场景搭建、模型随动控制、虚拟生产线可视化等技术进行了论述，提出了一种基于权重的优先通信策略;对设备故障、转运干涉/卡顿、异物进入等异常状况，基于多源数据的差异进行分析和判断，形成了多源数据驱动下的智能监控方法。对于离散制造生产线上设备众多、数据异构带来的通信延迟问题，提出了复杂生产线的通信优先级和数据同步性，形成一套可行的生产线可视化智能监控解决方案。

关键词：生产线监控 Unity3D 三维可视化实时驱动数据采集

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基于改进灰狼算法的舰载机弹药保障调度优化

系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1264-1272页

作者：刘哲马俊飞陈佳峰马嵩华山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 山东大学机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061 湖南云箭集团有限公司湖南长沙419503

针对航空母舰飞行甲板上舰载机弹药保障面临的调度效率不高的问题,提出了一种改进灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法。根据甲板上多升降机多运输车的场景特点,建立了由多车场出发、向多目标转运的问题模型。融合遗传算法算子交叉... 详细信息

针对航空母舰飞行甲板上舰载机弹药保障面临的调度效率不高的问题,提出了一种改进灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法。根据甲板上多升降机多运输车的场景特点,建立了由多车场出发、向多目标转运的问题模型。融合遗传算法算子交叉思想实现了对灰狼种群初始解的初步优化,并通过直线转运路径中间点定义、整数编码、负整数标志分组等方法实现了对GWO算法求解过程的改进。同时,增加了灰狼个体自由狩猎流程,有效克服了结果陷入局部最优和早熟的问题。最终,通过对场景实例的优化求解,验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：灰狼优化算法多车场多目标整数编码标志分组

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云—雾—边缘协同的数字孪生制造系统仿真过程动态扰动响应方法

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计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 1996-2005页

作者：孟麒胡天亮马嵩华山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061

鉴于现有仿真技术对制造过程动态响应能力不足,数字孪生技术为仿真系统对制造过程的动态映射提供了解决方案,但仍存在设备运行过程中动态扰动识别困难且扰动识别模型的训练过程受制于计算和数据资源,导致耗时较长,以及用于识别动态扰动... 详细信息

鉴于现有仿真技术对制造过程动态响应能力不足,数字孪生技术为仿真系统对制造过程的动态映射提供了解决方案,但仍存在设备运行过程中动态扰动识别困难且扰动识别模型的训练过程受制于计算和数据资源,导致耗时较长,以及用于识别动态扰动和构建约束条件的数据为离线或半离线状态,不能满足实时响应要求的问题。针对以上问题,提出一种基于云—雾—边缘协同的数字孪生制造仿真过程动态扰动响应方法。在云端使用公共数据集训练普适化模型并使用边缘端数据训练个性化模型来提升扰动识别精度,雾端通过部署云端训练的个性化模型保证扰动识别速度,同时将识别的扰动更新到数字孪生仿真模型中。边缘端负责采集实时信号并上传至雾端。经实验验证,扰动约束更新机制能够准确更新扰动,从而对运行过程中的扰动做出快速响应。

关键词：数字孪生扰动识别卷积神经网络云—雾—边缘协同

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支持快速设计与性能跟踪的夹具数字孪生模型

计算机集成制造系统 2022年第9期28卷 2718-2725页

作者：马嵩华胡凯鑫胡天亮山东大学机械工程学院山东济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 山东大学机械工程国家级试验教学示范中心山东济南250061

为满足精密零件切削加工中的装夹定位要求,支持夹具快速变型设计,研究了面向精密制造支持快速设计与性能跟踪的夹具数字孪生模型。基于数字孪生理论建立了夹具高保真模型,定义包括基于功构模型的夹具组成模型、基于设计理论的结构模型... 详细信息

为满足精密零件切削加工中的装夹定位要求,支持夹具快速变型设计,研究了面向精密制造支持快速设计与性能跟踪的夹具数字孪生模型。基于数字孪生理论建立了夹具高保真模型,定义包括基于功构模型的夹具组成模型、基于设计理论的结构模型和基于蒙皮模型(SMS)的精度模型,以支持夹具的快速变型设计;跟踪切削加工过程中夹具的振动数据和表面质量数据,形成动态感知数据集,实现夹具的装配精度仿真和装夹稳定性预测。通过建立夹具快速设计及性能跟踪原型系统,验证了夹具数字孪生模型的有益性,实现了长生命周期下精密零件切削加工的装夹稳定性和定位精度。

关键词：夹具设计数字孪生高保真模型动态感知数据

基于PSO-BPNN和NSGA的薄壁件定位布局优化

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组合机床与自动化加工技术 2023年第3期 1-4页

作者：胡凯鑫马嵩华山东大学机械工程学院济南250061

为提高装夹布局优化计算的效率,同时考虑加工过程中振动对变形的影响,提出了融合改进的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)与快速非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ)的优化模... 详细信息

为提高装夹布局优化计算的效率,同时考虑加工过程中振动对变形的影响,提出了融合改进的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)与快速非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithms,NSGA-Ⅱ)的优化模型。首先,基于“N-2-1”定位原理,以定位点坐标为设计变量,薄壁件装夹变形和主振型位移为优化目标,通过有限元仿真建立了神经网络训练样本集;其次,引入粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)改进神经网络,通过对有限样本集训练,构建了定位布局与装夹变形和振动位移之间的代理模型。实例结果表明,改进后的神经网络对装夹变形的预测精度提高了93%,对振动变形的预测最大误差仅为1.8%;最后,通过遗传算法求解预测模型得到了定位布局帕累托解集,进一步提高了优化效率。

关键词：薄壁件 “N-2-1”定位原理 PSO-BPNN 装夹布局优化 NSGA-Ⅱ

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基于全卷积神经网络的焊缝识别方法

制造技术与机床 2023年第4期 44-49页

作者：段岳飞马嵩华胡天亮山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061

在机器人自动化焊接中,精准高效的焊缝识别是实现高质量焊接的关键。针对现有视觉检测方法效率低、精度差的问题,提出了一种基于全卷积神经网络的焊缝识别方法。该方法首先采集数据对全卷积神经网络进行训练,得到最佳的网络参数;然后采... 详细信息

在机器人自动化焊接中,精准高效的焊缝识别是实现高质量焊接的关键。针对现有视觉检测方法效率低、精度差的问题,提出了一种基于全卷积神经网络的焊缝识别方法。该方法首先采集数据对全卷积神经网络进行训练,得到最佳的网络参数;然后采用训练好的全卷积神经网络和最佳网络参数对焊缝图片进行语义分割,将焊缝所在区域与背景进行分离;然后对分割出的焊缝区域,进行骨架提取,得到接近单像素宽度的焊缝;之后根据自定义的直线度参数对焊缝形状进行判定,确定该焊缝是否为直线,用最小二乘法进行直线或曲线拟合,得到最终的焊缝轨迹。实验结果表明,所提方法能够快速准确地识别出焊缝位置和形状,可以作为自动焊接机器人轨迹自主规划和控制的技术基础。

关键词：焊缝识别语义分割骨架提取全卷积神经网络

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领域本体组织的自助式零件库

计算机集成制造系统 2014年第2期20卷 250-258页

作者：马嵩华田凌清华大学机械工程系北京100084

针对目前已有基于Web的开放零件库在使用上自主性和自助性的不足,建立了一套领域本体组织的、基于HTML5技术的开放式零件库系统,该系统能够提供自助零件发布、零件语义信息检索、跨设备跨平台的零件数据浏览等功能。建立了领域本体,负... 详细信息

针对目前已有基于Web的开放零件库在使用上自主性和自助性的不足,建立了一套领域本体组织的、基于HTML5技术的开放式零件库系统,该系统能够提供自助零件发布、零件语义信息检索、跨设备跨平台的零件数据浏览等功能。建立了领域本体,负责组织整个零件库资源,并使用推理机对该领域本体进行概念一致性检查;借助可扩展标记语言的转化,实现供应商的自助零件信息发布和本体属性及实例的维护;利用语义相似度算法扩展用户检索关键字,得到符合意图的零件检索结果。整个系统利用HTML5技术实现,支持在不同移动设备的不同操作系统中进行无插件的查看和操作,同时借助异步JavaScript与可扩展标记语言技术实现自助式零件上传和交互式零件选型。实现了领域本体组织下的跨平台零件库原型系统,有效提升了开放零件库使用的自助性和灵活性,对语义相似度算法的实验证明了领域本体定义的合理性,可以满足语义检索的扩展性要求。

关键词：本体零件库语义检索跨平台大规模模定制