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高压调门油动机虚拟调试关键技术研究

高压调门油动机虚拟调试关键技术研究

作者：耿建燕山大学

学位级别：硕士

高压调门油动机是汽轮机控制系统的执行机构,其负责调节汽轮机进气阀门的开度,进而实现调节汽轮机功率的作用。调门油动机调节性能的好坏将关系到整个发电机组的运行质量,但整个油动机电液伺服系统组成复杂,各个子系统之间耦合程度高,... 详细信息

高压调门油动机是汽轮机控制系统的执行机构,其负责调节汽轮机进气阀门的开度,进而实现调节汽轮机功率的作用。调门油动机调节性能的好坏将关系到整个发电机组的运行质量,但整个油动机电液伺服系统组成复杂,各个子系统之间耦合程度高,出现故障之后不好定位。本文针对该问题,提出了基于仿真模型的虚拟调试方法,通过搭建油动机仿真模型,并在其中添加相应参数与故障模块,实现不同工况下的虚拟调试。(1)对高压调门油动机系统的工作原理与工作状态进行分析,并对系统进行划分与分级,将其分成控制、执行与安全三个子系统,同时确定对各个子系统的核心元件采用面向对象的建模方法。研究高压调门油动机正常工况和异常工况两种工作状态,确定在仿真模型中添加相关故障参数,通过调整参数值实现对油动机两种工况的虚拟调试。(2)对油动机系统中的电液伺服阀、油动机活塞、插装阀与电磁阀进行分析建模,并通过阀测试实验验证伺服阀与插装阀仿真模型的准确性。根据各个系统之间的能量传递形式进行模型整合,并根据仿真结果确定仿真求解器、液压缸内泄漏参数与粘性摩擦系数,搭建完整的高压调门油动机系统级仿真模型。(3)搭建油动机数据采集系统,实现对油动机不同工况下数据的采集,并进行正常工况与伺服阀内泄漏及零偏电流增大两种异常工况的虚拟调试实验。基于所采集的压力与位移的实验阈值及阶跃和快关响应时间等性能指标,通过修改模型中的摩擦力参数、内泄漏参数及电流偏移大小实现油动机正常工况与伺服阀内泄漏及零偏电流增大两种异常工况的仿真,对比仿真与实验结果验证模型的仿真精度与性能。

关键词：高压调门油动机仿真建模虚拟调试故障识别状态监测

基于数字孪生的机电生产线虚拟调试数据映射研究

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基于数字孪生的机电生产线虚拟调试数据映射研究

作者：张卿源南京邮电大学

学位级别：硕士

在现阶段的工业生产中,传统的调试方式效率低、成本高,生产线能否最佳运行通常只能在调试后确认。虚拟调试通过将虚拟模型与物理设备进行连接,可以在生产的早期阶段进行功能测试并发现故障、避免风险,降低了开发阶段的错误成本。本文对... 详细信息

在现阶段的工业生产中,传统的调试方式效率低、成本高,生产线能否最佳运行通常只能在调试后确认。虚拟调试通过将虚拟模型与物理设备进行连接,可以在生产的早期阶段进行功能测试并发现故障、避免风险,降低了开发阶段的错误成本。本文对虚拟调试系统的场景搭建、通信配置、数据映射及多源异构数据采集方法展开研究,主要工作如下:一、针对传统调试效率低、成本高的问题,以三菱FX5U型PLC控制的THJDMT-5B机电一体化平台为研究对象,设计并实现了一种基于数字孪生的虚拟调试系统。系统由数据通信客户端、虚拟场景、PLC仿真环境等部分组成。首先,在虚拟场景中引入传感器、配置场景参数、组建孪生模型以实现场景搭建。其次,编写脚本控制孪生模型的运动逻辑。最后,开发数据通信客户端完成对虚拟场景的数据映射。测试结果表明,使用该系统实现了虚拟调试,降低了测试与维护成本。二、针对传统生产线设备数据采集效率低的问题,设计并实现了一种基于OPC UA的多源异构数据采集方法。首先,给出了一种包含设备通信层、通信上位机层、数据存储层、云端物联网平台层与虚拟调试系统的架构。其次,构建机电生产线的信息模型并搭建OPC UA服务器,实现了多源异构数据采集方式。最后,在云服务器上部署物联网平台,使用混合编程技术整合多种设备的通信协议,为虚拟调试的远程操作提供了可能。使用该方法降低了数据采集难度、提高了数据采集效率。

关键词：数字孪生虚拟调试状态监测实时映射

基于NX MCD的机器人激光熔覆系统虚拟调试研究

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基于NX MCD的机器人激光熔覆系统虚拟调试研究

作者：廉磊燕山大学

学位级别：硕士

随着德国“工业4.0”和中国“智能制造2025”的提出与实施,制造业向高自动化、数字化、智能化方向发展,并最大限度地缩短新产品的研制周期。为节省机器人集成系统的开发时间、降低调试成本并提高生产安全性,以机器人激光熔覆系统为应用... 详细信息

随着德国“工业4.0”和中国“智能制造2025”的提出与实施,制造业向高自动化、数字化、智能化方向发展,并最大限度地缩短新产品的研制周期。为节省机器人集成系统的开发时间、降低调试成本并提高生产安全性,以机器人激光熔覆系统为应用案例,提出一种基于三维仿真平台NX MCD的机器人集成系统虚拟调试方法,主要研究内容如下:首先,根据功能需求设计机器人激光熔覆系统的硬件结构,确定机器人激光熔覆系统的集成控制和通讯方案。以轧辊为加工对象,从系统的运动模型、控制逻辑两方面研究机器人激光熔覆系统集成控制的程序设计。其次,研究机器人集成系统的数字孪生方案,以NX MCD作为数字孪生创建与仿真平台,构建机器人激光熔覆系统数字孪生模型。然后,研究数字孪生中的数据连接与采集问题,设计了以OPC服务器为连接通道的机器人集成系统数据连接方式。提出了采集机器人关节驱动数据的可行方法,有效打通NX MCD中机器人驱动仿真的技术瓶颈。利用软件在环的方式来实现机器人激光熔覆系统的虚拟调试,确定了机器人集成系统的虚拟调试应用框架。最后,进行机器人激光熔覆系统的虚拟调试和加工实验,验证了基于NX MCD的机器人集成系统虚拟调试方法的正确性,该方法适用于多工位多控制器的机器人自动化生产线系统的设计研制。

关键词：虚拟调试数字孪生机电一体化概念设计机器人激光熔覆系统

基于OCTOPUZ的混凝土智能养护与检测系统的虚拟调试研究

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基于OCTOPUZ的混凝土智能养护与检测系统的虚拟调试研究

作者：贾磊中北大学

学位级别：硕士

随着新一代产业技术不断升级,信息技术给传统制造业带来了前所未有的重要变化,数字孪生在各个行业的日益整合,有力地推动各个行业数字化、网络化、智能化发展进程,数字孪生的研究与应用逐渐变得越来越热,发展的前景也非常广阔。作为突... 详细信息

随着新一代产业技术不断升级,信息技术给传统制造业带来了前所未有的重要变化,数字孪生在各个行业的日益整合,有力地推动各个行业数字化、网络化、智能化发展进程,数字孪生的研究与应用逐渐变得越来越热,发展的前景也非常广阔。作为突破的应用技术框架,是实现智能自动化生产线的基础,引起了深刻的产业变革。已然成为了具有指导性意义的前沿技术。其中一项关键的技术虚拟调试。目前实际生产线现场调试存在着调试困难、调试风险以及成本较大等问题。针对以上问题,本文通过以混凝土智能养护与检测自动化生产线车间为研究对象,设计布局方案,研究分析其系统的主要结构。利用OCTOPUZ软件通过新理念数字孪生的虚拟调试应用,进行进一步的虚拟调试研究。本文研究内容主要包括以下几个方面:结合真实车间情况,研究设计生产线车间布局方案,分析生产线各模块的具体构成。确定物理生产线模型。主要有接料模块、出入库模块、检测模块三大部分。其中接料模块需要工作人员进行核对录入操作。出入库模块包含:上料输送线、堆垛机、下料输送线。检测模块主要有:机器人设定、电气控制。通过OCTOPUZ软件对各模块的物理模型,构建生产线各模块的数字孪生模型。针对物理生产线模型进行环境数字孪生模型的搭建,并进行机器人部分的相关设定,实现虚拟生产线的映射。为实现虚拟调试奠定了基础。在现实的生产环境中,减少了现场调试时间,提高了工作效率。

关键词：数字孪生智能养护自动化检测 OCTOPUZ 虚拟调试

面向仓储物流通信的数字孪生虚拟调试系统设计与实现

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面向仓储物流通信的数字孪生虚拟调试系统设计与实现

作者：褚郁诚南京邮电大学

学位级别：硕士

智能化的现代仓储物流体系可以为先进制造业提供高效可靠的物流保障,而数字孪生是实现现代仓储物流体系的关键技术之一。目前,国内仓储物流企业存在信息化程度较低、资源利用率低下、信息沟通困难等问题。帮助企业将数字孪生融入仓储物... 详细信息

智能化的现代仓储物流体系可以为先进制造业提供高效可靠的物流保障,而数字孪生是实现现代仓储物流体系的关键技术之一。目前,国内仓储物流企业存在信息化程度较低、资源利用率低下、信息沟通困难等问题。帮助企业将数字孪生融入仓储物流系统中,构建虚拟仓储物流产线调试系统,可以有效减少产线前期设备调试成本,提高后期管理与维护效率。本文对仓储物流的物联网与控制系统虚拟调试展开研究,主要工作如下:一、针对现代仓储物流场景,设计了一套场景搭建方案,可实现货物的入库、搬运、储存、出库等仓储物流产线的基本功能。分析了场景中ABB和优傲的工业六轴机器人、西门子和KEBA的PLC、AGV及RFID设备的工作职责、虚拟环境搭建方案及数据通信方案。测试结果表明该方案采集的数据具有高可信度,采集不同虚拟环境中仿真设备的运行数据可作为整个数字孪生系统的数据源。二、针对现代仓储物流系统数字化智能化升级需求问题,设计并实现了面向仓储物流环境下的工业物联网平台与虚拟调试控制系统。提出了数字孪生系统的六层架构,根据六层架构搭建系统各通信调试模块。使用混合编程技术实现系统与虚拟设备的数据通信,使用OPC UA技术和My SQL数据库完成多源异构数据的统一处理与存储。对工业物联网平台进行云部署和二次开发,研究了常用物联网通信协议及通信方式。以Solidworks、3ds Max、Unity3D多软件协同开发,完成虚拟调试场景的搭建和对外通信,实现设备模型的数据映射,实时仿真。测试结果表明,系统实现了虚拟调试、实时仿真、历史仿真等功能,降低了测试与维护成本。

关键词：数字孪生虚拟调试 OPC UA 工业物联网云平台

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物流装备数字孪生模型构建及虚拟调试研究

物流装备数字孪生模型构建及虚拟调试研究

作者：赵林机械科学研究总院

学位级别：硕士

数字孪生的核心是构建物理世界与虚拟世界的“桥梁”,从而保证虚拟产品设计和真实物理产品之间的镜像映射。随着物联网、大数据等新一代信息技术与制造业的融合和落地应用,数字孪生在工业制造领域应用日益广泛。目前,数字孪生在工业制... 详细信息

数字孪生的核心是构建物理世界与虚拟世界的“桥梁”,从而保证虚拟产品设计和真实物理产品之间的镜像映射。随着物联网、大数据等新一代信息技术与制造业的融合和落地应用,数字孪生在工业制造领域应用日益广泛。目前,数字孪生在工业制造业中的应用研究集中在卫星、飞机、船舶、汽车等领域。为探索数字孪生技术在物流装备开发阶段的应用,本文结合物流装备开发的实际需求,重点研究了基于数字孪生的物流装备设计建模方法和虚拟调试系统实现,对于缩短物流装备产品开发周期、降低产品开发成本具有重要意义。主要研究内容包括:首先,分析数字孪生和虚拟调试技术的应用和发展现状。在对数字孪生和虚拟调试技术深入研究的基础上设计了物流装备数字孪生建模及虚拟调试系统架构,用于指导和管理设计建模和虚拟调试实现过程。其次,针对设计阶段基于数字孪生的并行协同设计方式,在概念设计阶段,通过FBS(Function-Behavior-Structure)功能分解方法进行产品系统方案构思和工作原理求解。在详细设计阶段,从功能出发开展物流装备数字孪生协同设计建模,实现了物流装备机械、电气和自动化学科的并行协同设计。再次,针对调试阶段基于数字孪生的虚拟调试系统实现,在研究虚拟调试系统组成和功能的基础上完成了虚拟调试系统各平台间的数据通讯和数据传输设计。并根据系统设计结果选择应用软件完成物流装备虚拟调试系统平台搭建。最后,针对仓储物流系统中的关键物流装备堆垛机进行数字孪生建模,利用虚拟调试完成堆垛机机械结构验证和控制程序开发,验证了物流装备数字孪生建模及虚拟调试方法的可行性。在堆垛机项目实际应用中对虚拟调试阶段的开发结果进行测试,通过与传统设计和调试方法的对比,验证该方法的有效性。

关键词：数字孪生虚拟调试概念设计并行协同设计

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汽车总装输送线虚拟调试技术研究

汽车总装输送线虚拟调试技术研究

作者：屈中垚南京航空航天大学

学位级别：硕士

虚拟调试通过建立实际制造系统的计算机虚拟映射,代替真实设备进行生产车间调试,最终达到对汽车总装车间设备结构设计、车间设备布局、系统控制程序及转线节拍等调试与验证的目的。为了更快的将虚拟调试技术应用于企业生产过程中,本文... 详细信息

虚拟调试通过建立实际制造系统的计算机虚拟映射,代替真实设备进行生产车间调试,最终达到对汽车总装车间设备结构设计、车间设备布局、系统控制程序及转线节拍等调试与验证的目的。为了更快的将虚拟调试技术应用于企业生产过程中,本文针对虚拟调试过程中的建模、干涉检测、仿真与调试等技术进行研究,具体的工作内容包括:（1）建立汽车总装车间虚拟物理系统模型,将物理系统模型划分为产品模型以及设备模型,其中产品模型包括产品的几何模型以及产品流模型,设备模型由几何模型、动作模型及逻辑模型等组成。使用离散型事件规范DEVS原子模型对两者进行分别建模,最后通过耦合特性将产品模型与设备模型耦合为虚拟物理系统模型。（2）提出虚拟设备可重用快速建模方法,从而减少虚拟设备模型的建模时间。以设备的功能特性为基础,建立动作模型以及逻辑模型的参数化框架,对于同一类功能相同的设备,通过更改内芯几何模型及设备参数从而实现设备动作模型及逻辑模型的可重用性,最后对该方法进行实现及验证。（3）提出用于汽车总装车间虚拟调试模型验证的AABB-OBB干涉检测算法,该算法在RAPID算法的基础上采用混合包围盒方法并改进了OBB包围盒的构造方式,最后对算法进行实现及验证。（4）以某汽车总装车间为例,使用OPC技术建立控制系统与虚拟物理系统的通信,并以分层调试的方式分别对设备的程序以及转线区域节拍进行仿真及调试,最后对仿真结果进行总结分析。

关键词：虚拟调试可重用性建模干涉检测 PLC程序验证汽车总装车间

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基于数字样机的刷钩台虚拟调试与性能验证

组合机床与自动化加工技术 2022年第5期 125-128页

作者：许可龙建威郝才华谭鑫华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 武汉智能装备工业技术研究院有限公司武汉430075 武汉数字化设计与制造创新中心有限公司武汉430074

为有效提高自动化生产线研发和调试的效率,以电机换向器生产线刷钩台为应用案例,提出了一种基于数字样机技术的自动化生产线虚拟调试调试和性能验证方法。在Process Simulate中进行刷钩台模型智能组件的逻辑化处理,在TIA Portal中开发PL... 详细信息

为有效提高自动化生产线研发和调试的效率,以电机换向器生产线刷钩台为应用案例,提出了一种基于数字样机技术的自动化生产线虚拟调试调试和性能验证方法。在Process Simulate中进行刷钩台模型智能组件的逻辑化处理,在TIA Portal中开发PLC程序和系统可视化界面实现对刷钩台模型的控制。通过实验提取主要驱动部件运行特性,对相应动作的PLC控制程序段进行修改。在虚拟调试中,刷钩台数字样机模型在PLC程序的驱动下有序执行动作并实现设计功能,数字样机的设计PLC时序和实际PLC时序在合适的范围内,验证了基于数字样机的自动化生产线虚拟调试与性能验证方法的有效性。

关键词：数字样机运行特性虚拟调试性能验证

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基于时间敏感网络的虚拟调试系统设计与实现

基于时间敏感网络的虚拟调试系统设计与实现

作者：刘奇杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着工业互联网和云计算等新一代信息技术的发展,基于物联网和虚拟仿真技术的“数字孪生”(Digital Twin)成为了制造业的新趋势。虚拟调试技术是“数字孪生”理念在工业场景中的重要实现,可以在设备开发的全流程中,基于虚拟模型对机械... 详细信息

随着工业互联网和云计算等新一代信息技术的发展,基于物联网和虚拟仿真技术的“数字孪生”(Digital Twin)成为了制造业的新趋势。虚拟调试技术是“数字孪生”理念在工业场景中的重要实现,可以在设备开发的全流程中,基于虚拟模型对机械设计方案和控制程序进行调试和优化。目前,现有的虚拟调试方案大多和Windows系统深度绑定,并且对调试过程中数据传输的高确定性无法提供保障。针对这些问题,本文基于Unity和OPC UA规范设计并实现了虚拟调试系统,并使用时间敏感网络对调试过程中数据传输的确定性进行了改善。本文主要研究了以下几个方面:(1)针对虚拟调试系统与不同协议PLC控制器的通信问题,本文设计并实现了基于OPC UA的数据传输网关系统,采用模块化的设计方法将系统划分为底层数据交互模块、OPC UA标准模块和配置界面模块。在底层数据交互模块中对数据驱动进行了开发,解决了系统与控制器之间的数据交互问题;在OPC UA标准模块中对OPC UA服务器进行了开发,解决了不同控制器数据向虚拟环境的统一传输问题;最后,使用Web技术开发了配置界面模块,实现了对数据传输网关系统的便捷配置。(2)针对虚拟调试系统中数据传输的确定性无法得到保证的问题,本文对确定性通信技术进行了研究,提出了一种将时间敏感网络与虚拟调试系统融合的方法,并搭建了点对点的时间敏感网络实验平台,使用Linux结合以太网控制器实现了时间同步、时间感知整形器、时间感知队列和门控机制的功能。通过将时间敏感网络与OPC UA C/S架构结合的方式,实现了虚拟调试系统中数据的确定性传输。(3)为了对虚拟调试系统的功能进行验证,搭建了某自动化设备机械手模块的物理模型,并在Unity中建立了该模块的数字模型。使用虚拟调试系统以硬件在环的方式,对机械手模块的控制程序进行调试,验证了系统的核心功能。同时,对虚拟调试系统中的数据传输性能进行了测试和对比分析,验证了时间敏感网络对数据传输实时性的提升和确定性的保证。

关键词：虚拟调试时间敏感网络 PLC OPC UA