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基于数字孪生的多品种变批量装配车间建模与可视化监测方法研究

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基于数字孪生的多品种变批量装配车间建模与可视化监测方法研究

作者：杨晔华中科技大学

学位级别：硕士

随着新一代信息技术的发展,车间的可视化监测已经成为提高车间生产效率和产品质量的重要手段。数字孪生技术作为一种将物理世界和虚拟世界进行交互融合的新技术,为车间可视化监测提供了新的思路和方法。本文针对多品种变批量装配车间,... 详细信息

随着新一代信息技术的发展,车间的可视化监测已经成为提高车间生产效率和产品质量的重要手段。数字孪生技术作为一种将物理世界和虚拟世界进行交互融合的新技术,为车间可视化监测提供了新的思路和方法。本文针对多品种变批量装配车间,基于数字孪生技术,围绕车间可视化监测方法进行了研究,主要工作与研究内容如下:(1)分析了多品种变批量装配车间的特点和可视化监测需求,提出了一种基于数字孪生技术的车间可视化监测体系架构,包括物理层、数据层、虚拟模型层、同步逻辑层、功能层,定义了各层之间的关系和功能。(2)建立了车间孪生数据模型,包括数据采集和传输方法、车间生产数据模型和虚拟车间模型。数据采集和传输主要多种感知设备与OPC UA协议,实现了多源异构数据的实时采集和传输;车间生产数据模型针对车间对象进行语义本体建模,然后进行抽象并用UML描述其层次和数量关系,最后给出实例化方法;虚拟车间模型包括了车间对象的几何模型和物理模型的构建。车间孪生数据模型为车间物理实体在虚拟空间的实时映射与可视化更新奠定了基础。(3)提出了基于数据驱动的车间孪生模型可视化实时更新方法,包括三维可视化更新方法和生产性能参数更新方法。三维可视化更新方法主要是建立了车间的同步逻辑模型和对象行为模型来构建可视化更新的逻辑;生产性能参数更新方法主要是针对该类车间关键的瓶颈指标提出基于RFID的实时瓶颈计算更新方法。通过这些方法实现了车间孪生可视化同步更新。(4)根据某企业车间实际应用需求,以上述研究方法为基础,开发了该车间基于数字孪生的可视化监测系统,实现了车间生产状态参数可视化,三维同步可视化和生产性能可视化,并通过性能测试和实地部署测试表明系统的实时性、稳定性和可靠性。

关键词：数字孪生可视化监测数据建模三维同步可视化生产瓶颈

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电致变色型智能可视化湿度系统

无机材料学报 2024年第4期39卷 432-440,I0013,I0014页

作者：甄明硕刘晓然范向前张文平严东东刘磊李晨中北大学动态测试技术国家重点实验室太原030051 中北大学能源与动力工程学院太原030051

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实... 详细信息

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实时的可视化监测。将湿度信息直接转换为肉眼可观测的颜色信号为上述问题提供了一种理想解决方案。本研究将湿度传感器与电致变色器件集成一体来制备智能可视化湿度指示系统,通过将湿度信号转换为电压信号来驱动电致变色器件(Electrochromic devices,ECDs),从而实现系统稳定可逆的颜色变化。采用三氧化钨(WO3)作为负极、锌箔(Zn)作为正极制备的ECDs会根据湿度传感器的输出电压的变化来转变不同的工作状态,从而产生肉眼可观测的颜色信号。采用紫外-可见分光光度计与电化学工作站对ECDs的电化学性能以及电致变色性能进行研究和表征。随后,通过示波器和湿度发生平台对调理电路性能进行分析。结果表明:智能电致变色型湿度指示器具有良好的稳定性和快速的响应性能,其中,着色时间与褪色时间仅为7.5和4.5 s,并且在300个循环后,光学调制幅度(ΔT)与初始值相比基本保持不变(保持率可达95%以上)。因此,这种设计新颖、结构简单的可视化湿度系统在人工智能、智能农业等领域具有广阔的应用前景。

关键词：电致变色器件湿度传感器可视化监测人工智能

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河道安全巡检中的船舶可视化监测方法

水利水电科技进展 2020年第6期40卷 66-70页

作者：陈诚李寿千王新李子阳徐磊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029 河海大学水利水电学院江苏南京210098

针对河道安全巡检中的船舶可视化监测难题,基于高分辨率彩色图像识别技术,提出了一种河工模型试验中船模运动轨迹可视化测量方法和一种基于无人机的河道船舶轨迹跟踪方法。试验结果表明,船模运动轨迹可视化测量方法的测量值与实际值之... 详细信息

针对河道安全巡检中的船舶可视化监测难题,基于高分辨率彩色图像识别技术,提出了一种河工模型试验中船模运动轨迹可视化测量方法和一种基于无人机的河道船舶轨迹跟踪方法。试验结果表明,船模运动轨迹可视化测量方法的测量值与实际值之间的最大相对误差为-3.284%,精度可以满足河工模型试验要求;船舶轨迹跟踪中采用加速稳健特征变换(SURF)方法对无人机图像进行配准,能有效地消除无人机位置飘移对船舶运动轨迹跟踪结果的影响,实现河道中多个船舶目标的运动轨迹同步可视化跟踪监测。

关键词：安全巡检船舶运动图像识别可视化监测无人机

基于局域等离子体纳米材料的水环境中重金属离子可视化监测

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环境化学 2020年第3期39卷 569-580页

作者：周晓丽赵小娜刘贤伟中国科学院城市污染物转化重点实验室中国科学技术大学应用化学系合肥230026

重金属污染是重要的水污染问题之一.建立快速、灵敏准确的重金属离子监测新方法,对于水环境保护与水质评估具有重要意义.具有局域表面等离子体共振(LSPR)效应的等离子体纳米材料,在可见光波段具有较强的吸收峰.纳米粒子的聚集或分散,能... 详细信息

重金属污染是重要的水污染问题之一.建立快速、灵敏准确的重金属离子监测新方法,对于水环境保护与水质评估具有重要意义.具有局域表面等离子体共振(LSPR)效应的等离子体纳米材料,在可见光波段具有较强的吸收峰.纳米粒子的聚集或分散,能引起肉眼可辨的颜色变化,由此发展出了纳米材料比色检测技术.本文主要综述了基于等离子体纳米粒子的比色技术在水体中重金属离子检测方面的最新进展,指出了重金属可视化监测技术在实际应用中可能面临的问题,并对未来的发展前景进行了展望.

关键词：纳米材料局域表面等离子体共振重金属离子可视化监测聚集

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基于北斗定位的无人机可视化监测方法

电子设计工程 2023年第15期31卷 25-29页

作者：宋煜黄祥张欣王海楠江苏方天电力技术有限公司江苏南京211102

针对目前研究的无人机可视化监测方法存在监测精度和可靠性较低的问题,提出了基于北斗定位的无人机可视化监测方法。通过北斗定位导航芯片和无线射频模块中核心元件芯片,采集可视化数据。同时检测前导码、同步字、数据包长、传输地址、... 详细信息

针对目前研究的无人机可视化监测方法存在监测精度和可靠性较低的问题,提出了基于北斗定位的无人机可视化监测方法。通过北斗定位导航芯片和无线射频模块中核心元件芯片,采集可视化数据。同时检测前导码、同步字、数据包长、传输地址、有效数据、CRC校验数据包,确定ADDR寄存器可以调整的地址类型。分析PC机与无人机操作终端之间的运作流程,根据Socket函数与本地IP和端口相关联,完成可视化数据监测。实验结果表明,基于北斗定位的无人机可视化监测方法能够修正历史数据的匹配结果,提高监测的精准性和可靠性。

关键词：北斗定位无人机可视化可视化监测监测方法定位监测

基于UWB的离散智能车间可视化监测平台的研究及应用

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现代制造技术与装备 2023年第1期59卷 37-40页

作者：王芸轩袁逸萍余耀涵孙雪峰新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830000

监测平台集成数据采集、数据分析以及监督提醒等功能,能够帮助决策者快速了解离散制造车间的生产状况,合理调配资源,提高车间的整体生产效率。但是,离散制造车间存在制造系统复杂、生产要素多、变化快以及资源调度难等问题,增加了管理难... 详细信息

监测平台集成数据采集、数据分析以及监督提醒等功能,能够帮助决策者快速了解离散制造车间的生产状况,合理调配资源,提高车间的整体生产效率。但是,离散制造车间存在制造系统复杂、生产要素多、变化快以及资源调度难等问题,增加了管理难度,因此设计了基于超宽带(Ultra Wide-Band,UWB)的实时可视化监测客户端。客户端可实现状态查询、仿真追踪及数据统计3个功能。首先,使用3D Max软件建模渲染,建立车间内重要设备的模型,把模型文件转换为FBX(FilmBoX)格式导入Assets,通过Unity3D搭建离散制造车间的场景模型,实现车间场景的建模;其次,通过SQL Server软件存储处理UWB硬件设备采集的位置和时间数据,编译C#脚本代码调用数据,驱动人员、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)及天车模型运动,实现车间场景的实时可视化监测;最后,使用C#语言编译客户端,客户端实时监测平台,集实时位置显示、资源数据分析以及危险预警报警于一体,通过实时化、数字化及图形化的展示,对整个生产过程进行监测、调度和优化,实现车间现场的实时管理。设计的客户端界面具有简洁直观、反应迅速以及使用方便的优点。多功能集合方便管理者查看各类信息,能够快速分析出生产环节存在的问题,把多余资源分配给有需求的单位,极大地提高了整个车间的生产水平,给车间的现代化管理提供了实际可行的方案。

关键词：超宽带(UWB)硬件设备离散制造车间可视化监测实时管理

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地铁盾构隧道管片结构应力可视化监测技术

铁道工程学报 2014年第11期31卷 104-110页

作者：何春张栲周诚华中科技大学武汉430074

研究目的：地铁隧道是现代化城市中一项重要的基础设施,因此对其进行施工期的安全性监测就变得必不可少。针对目前管片监测中低效、安全判断滞后、数据分析与可视化难以同步等缺点,本文采用一套融合了振弦式传感技术的可视化监测装置对... 详细信息

研究目的：地铁隧道是现代化城市中一项重要的基础设施,因此对其进行施工期的安全性监测就变得必不可少。针对目前管片监测中低效、安全判断滞后、数据分析与可视化难以同步等缺点,本文采用一套融合了振弦式传感技术的可视化监测装置对武汉地铁四号线二期工程隧道在施工过程中衬砌管片的安全性进行监测,监测内容包括管片的钢筋应力和管片内部混凝土应变。通过对监测结果进行ARIMA建模分析,验证该可视化监测装置获取数据的可靠性。研究结论：本项目中采用的融合了振弦式传感技术的可视化监测装置具有数据采集频率高、现场实时可视化监控、获取数据温定等优点。对2013年8月份监测数据进行ARIMA建模分析,得到以下结论：（1）混凝土应变和钢筋应力时间序列总体呈现一定趋势,细节上有所变化,为非平稳时间序列;（2）时间序列变化缓慢,混凝工应变单月变化幅度在16－20με之间,钢筋应力变化幅度在1 kN左右;（3）经一阶差分后,时间序列由非平稳变为平稳;（4）混凝土应变时间序列表现出显著的偏相关性,钢筋应力时间序列同时具有自相关和偏相关性;（5）本文所述的可视化监测技术可用于复杂环境下地铁盾构隧道管片结构应力的监测。

关键词：盾构隧道管片结构应力可视化监测 ARIMA建模

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工艺流程识别及阀门操作合理性的可视化监测

北京化工大学学报（自然科学版） 2014年第1期41卷 96-100页

作者：徐宇童林伟国北京化工大学信息科学与技术学院北京100029

为实现工艺流程识别及阀门操作合理性诊断和可视化监测,利用半实物仿真系统采集的温度、流量信息建立了基于支持向量数据描述(SVDD)的工艺流程识别模型。对工艺流程识别进行了半实物仿真实验,对阀门操作进行了可视化监测和合理性判别,... 详细信息

为实现工艺流程识别及阀门操作合理性诊断和可视化监测,利用半实物仿真系统采集的温度、流量信息建立了基于支持向量数据描述(SVDD)的工艺流程识别模型。对工艺流程识别进行了半实物仿真实验,对阀门操作进行了可视化监测和合理性判别,提出了基于数字滤波的改进工艺流程识别性能的方法。实验结果表明:无故障样本条件下建立的工艺流程识别模型能够准确地识别出相应的工艺流程,模型输出可以直观地反映阀门开度偏离设定工况的程度,为无故障样本条件下的阀门操作合理性诊断和可视化监测提供了一种新的技术手段。

关键词：无故障样本阀门工艺流程识别操作合理性可视化监测

基于聚集诱导发光的二氧化硅生长及表面修饰可视化监测

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基于聚集诱导发光的二氧化硅生长及表面修饰可视化监测

作者：李文郑州大学

学位级别：硕士

二氧化硅(Si O)作为研究最多的氧化物结构材料之一,因其具有胶体稳定性高、易加工、化学惰性好、孔隙率可控、光学透明等优点,而被广泛应用在涂料、药物运输、催化剂载体和杂化材料等研究领域。但由于Si O的表面能较高且表面富含羟基,使... 详细信息

二氧化硅(Si O)作为研究最多的氧化物结构材料之一,因其具有胶体稳定性高、易加工、化学惰性好、孔隙率可控、光学透明等优点,而被广泛应用在涂料、药物运输、催化剂载体和杂化材料等研究领域。但由于Si O的表面能较高且表面富含羟基,使得Si O在非极性介质中不易均匀分散,通常需要对其进行表面修饰来适应更多的环境并赋予其特殊的功能性。无论是Si O的合成还是对其表面进行修饰,均需一定的表征手段对其进行检测。比如利用扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射(DLS)等可以获取Si O的形貌、尺寸等信息;通过红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)等能够得到Si O的表面基团信息。然而,这些方法均需先从反应系统中定期提取样品,然后才能进行分析。并且一些离线分析技术需要较长的分析周期,不能及时无创的监测Si O生长和表面修饰进程。因此,本论文基于聚集诱导发光(AIE)技术开发了一种简便快速的原位可视化监测Si O生长和表面修饰过程新方法。该方法对于Si O的生产与光功能化研究具有潜在的应用价值。本论文合成了一种含有四苯乙烯基团(TPE)的AIE荧光探针(APTS-TPE),并利用荧光探针对Si O的生长及表面修饰过程进行了监测。又将引入AIE探针的Si O分别应用在相分离、水凝胶和磁响应光子晶体中,考察了具有荧光性质Si O的潜在应用。主要研究内容如下:(1)利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)和1,1,2-三苯基-2-(4-溴甲基苯基)乙烯(TPE-Br)合成了一种硅烷基AIE荧光探针(APTS-TPE),用于原位监测St?ber方法中Si O的生长过程。通过调节氨水和TEOS浓度得到了不同大小的Si O粒子,讨论Si O粒径与荧光强度之间的关系。(2)制备的AIE探针还用于监测甲苯中APTS对二氧化硅的表面修饰。AIE探针和APTS均可接枝到Si O粒子表面,通过AIE探针引起的荧光强度变化可监测Si O粒子表面的APTS含量。随着修饰后Si O粒子上APTS的增加,其光致发光强度(PL)呈线性增加,修饰后的Si O粒子也表现出AIE性质。(3)讨论了本工作所制备的含AIE探针Si O的潜在应用:使用荧光Si O粒子作为Pickering乳液稳定剂;利用表面修饰AIE探针的Si O粒子(AIE-Si O)制备具有荧光性质的水凝胶;将APTS-TPE探针修饰到FeO@Si O纳米粒子表面,使其同时具有表面荧光和磁响应光子晶体特性。

关键词：聚集诱导发光二氧化硅表面修饰原位监测可视化监测