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数字孪生在纺纱领域应用的关键技术解析

纺织学报 2023年第10期44卷 214-222页

作者：李新荣韩鹏辉李瑞芬贾坤路元江康雪峰天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 无锡纺织机械质量监督检验中心江苏无锡214062 青岛宏大纺织机械有限责任公司山东青岛266000 无锡经纬纺织科技试验有限公司江苏无锡214000 参数技术(上海)软件有限公司北京分公司北京100004

为探讨数字孪生在纺纱领域应用前景及价值,进一步促进纺纱领域的高质量发展,首先围绕提升纱线质量分析了纺纱领域的实际特点,并提出了数字孪生在纺纱领域的应用前景;然后分析了纺纱高质量发展中影响成纱质量的因素,以及相关因素的抽象... 详细信息

为探讨数字孪生在纺纱领域应用前景及价值,进一步促进纺纱领域的高质量发展,首先围绕提升纱线质量分析了纺纱领域的实际特点,并提出了数字孪生在纺纱领域的应用前景;然后分析了纺纱高质量发展中影响成纱质量的因素,以及相关因素的抽象模型与数字孪生抽象模型间的映射关系,并且在此基础上分析了数字孪生在纺纱领域不同情况下的核心理论,着重分析了非理想状态下的数字孪生优化方案;其次根据纺纱领域的特点提出了数字孪生在纺纱领域具体应用的解决方案及其应用的实际价值;最后提出:数字孪生在纺纱领域的应用要重点结合纺纱领域的特点,实现数据模型与机制模型的深度整合。

关键词：智能制造数字孪生智能化纺纱成纱质量体系架构

数字孪生使能的智能超表面边缘计算网络任务卸载

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电子与信息学报 2022年第7期44卷 2416-2424页

作者：苏健钱震李斌南京信息工程大学计算机与软件学院南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

针对新兴的计算密集型应用对移动用户高计算性能需求问题,该文提出一种数字孪生(DT)结合智能反射面(RIS)辅助的移动边缘计算(MEC)任务卸载方案。首先,在满足用户传输功率、用户和资源设备能耗、计算资源限制条件下,通过联合优化用户卸... 详细信息

针对新兴的计算密集型应用对移动用户高计算性能需求问题,该文提出一种数字孪生(DT)结合智能反射面(RIS)辅助的移动边缘计算(MEC)任务卸载方案。首先,在满足用户传输功率、用户和资源设备能耗、计算资源限制条件下,通过联合优化用户卸载决策、用户传输功率、RIS相移、波束成形矢量、计算资源分配,建立一个系统能耗最小化问题;其次,将该非凸组合优化问题分解为3个子问题,使用深度双Q网络(DDQN)方法确定用户卸载策略;然后对每个训练时间步进行一次求解,基于交替迭代方法得到问题的优化解。仿真结果表明,基于DDQN的算法训练速度较快,有效降低了系统总能耗。

关键词：智能超表面数字孪生移动边缘计算深度强化学习

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数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法

计算机集成制造系统 2022年第6期28卷 1704-1716页

作者：孙学民刘世民申兴旺黄德林鲍劲松东华大学机械工程学院上海201620

为解决高精密产品装配过程中虚拟仿真分析与物理装配脱节导致的装配效率较低、装配质量一致性较差的问题,提出一种数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法。构建了包括装配全要素的高精密产品数字孪生体;针对当前装配工艺文档可读性差... 详细信息

为解决高精密产品装配过程中虚拟仿真分析与物理装配脱节导致的装配效率较低、装配质量一致性较差的问题,提出一种数字孪生驱动的高精密产品智能化装配方法。构建了包括装配全要素的高精密产品数字孪生体;针对当前装配工艺文档可读性差、知识关联关系弱等问题,提出一种基于知识图谱的装配工艺表达方式,并利用知识图谱的可推理性对装配工艺进行动态调整;针对产品质量控制问题,提出一种操作—状态—质量三层结构质量控制策略。以某型号汽车发动机缸体单元装配为例,验证了所提方法的实用性。

关键词：数字孪生知识图谱装配工艺质量控制高精密产品

数字孪生驱动的热交换器降阶建模及智能感知方法研究

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化工学报 2023年第10期74卷 4218-4228页

作者：籍帅航王金江蔡睿孙雪皓葛伟凤中国石油大学(北京)人工智能学院北京102249 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 中海油安全技术服务有限公司天津300456

管壳式热交换器是能源系统中的重要组成部分,长时间的运行容易在导热管内造成结垢故障,导致热交换器传热效率下降、流动阻力增加、耗能增加、系统压力下降等问题。结垢故障往往隐藏在设备内部,通过运行数据监测或者仿真手段往往不足以... 详细信息

管壳式热交换器是能源系统中的重要组成部分,长时间的运行容易在导热管内造成结垢故障,导致热交换器传热效率下降、流动阻力增加、耗能增加、系统压力下降等问题。结垢故障往往隐藏在设备内部,通过运行数据监测或者仿真手段往往不足以感知和预测多工况下的设备状态,数字化的热交换器状态监测技术为解决问题提供了新思路,但存在数字孪生体难以构建、降阶效果不理想、结垢数据难以获取等问题。为了能够建立数字孪生驱动的热交换器高保真降阶模型,提出了一种基于本征正交分解的径向基自适应模型降阶方法。基于物理信息的自适应采样算法采集更有效的样本数据,利用POD-RBF建立高保真降阶模型,开展热交换器的结垢故障的仿真实验,通过BP神经网络进行热交换器的结垢感知和预测。实验结果表明所建立的自适应采样降阶模型与不使用采样的降阶模型相比求解效率提高了1倍,与全阶模型的误差在4%左右,通过降阶模型快速生成更符合物理机理的结垢数据,预测误差保持在0.0554 mm左右,能有效地对换热器的结垢进行感知和预测。

关键词：热交换器数字孪生模型降阶状态监测故障诊断

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数字孪生虚拟电厂系统框架设计及其实践展望

中国电机工程学报 2023年第2期43卷 604-618页

作者：严兴煜高赐威陈涛丁建勇东南大学电气工程学院江苏省南京市210000

随着国家“双碳”及“构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标的提出,清洁化、数字化越来越成为电力系统面临的迫切需求。虚拟电厂基于先进的控制、计量、通信等技术聚合需求侧海量多元分布式资源,可以通过多样化的调节手段为电力系... 详细信息

随着国家“双碳”及“构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标的提出,清洁化、数字化越来越成为电力系统面临的迫切需求。虚拟电厂基于先进的控制、计量、通信等技术聚合需求侧海量多元分布式资源,可以通过多样化的调节手段为电力系统提供必要的灵活性支撑,并同时助力可再生能源消纳。而数字孪生技术利用大数据、云计算、人工智能等数字技术对分布式资源物理实体的特征、行为、过程和性能等进行虚拟建模,是实现虚拟电厂运行优化的理想途径。该文展望虚拟电厂未来技术发展方向,基于数字孪生的概念、架构和特征,提出数字孪生虚拟电厂系统,深入阐述数字孪生虚拟电厂的内涵,构建基于物理实体、数字孪生体、孪生数据、连接以及智能应用等的数字孪生虚拟电厂总体架构,分析相关关键技术,并对其未来应用实践进行总结与展望。

关键词：虚拟电厂数字孪生框架设计数字化电网

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数字孪生驱动的武器装备智能保障技术研究

系统工程与电子技术 2023年第4期45卷 1247-1260页

作者：方伟光聂兆伟刘宸宁李浩那洋王辉雄洪东跑中国航天科技集团有限公司第一研究院北京100076

在体系化作战背景下,为满足新型作战形态对装备保障的需求,促进武器装备保障任务的数字化、网络化、智能化和服务化转型升级,本文研究建立了数字孪生驱动的武器装备智能保障体系架构。面向装备保障体系的未来需求,分析智能保障技术的发... 详细信息

在体系化作战背景下,为满足新型作战形态对装备保障的需求,促进武器装备保障任务的数字化、网络化、智能化和服务化转型升级,本文研究建立了数字孪生驱动的武器装备智能保障体系架构。面向装备保障体系的未来需求,分析智能保障技术的发展趋势,总结了数字孪生在装备智能保障中的应用模式与内涵,包括虚实双向交互模式、综合效能评估模式、运行及演化分析模式和动态决策优化模式。在此基础上,搭建数字孪生驱动的装备智能保障体系架构,涵盖保障性设计、试验鉴定、虚拟训练、运维保障和保障任务规划与推演5个方面,并识别装备保障体系中数字孪生关键技术,实现面向装备保障的数字孪生技术逻辑闭环。最后,以装备贮存运维保障过程为案例,搭建数字孪生演示系统,验证数字孪生技术在具体装备保障任务场景下应用落地的可行性。

关键词：数字孪生武器装备智能保障保障性

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数字孪生驱动的车间自动导引车路径规划

计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 1905-1915页

作者：萧筝程书培郑东伟严俊伟娄平汪星刚武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

针对车间物流配送中的自动导引车(AGV)路径规划问题,以某企业自动化总装车间为研究对象,提出一种数字孪生驱动的AGV路径规划方法。建立了车间数字孪生环境模型,设计了基于环境地图孪生模型的无冲突路径规划算法。对于车间内实时到达的... 详细信息

针对车间物流配送中的自动导引车(AGV)路径规划问题,以某企业自动化总装车间为研究对象,提出一种数字孪生驱动的AGV路径规划方法。建立了车间数字孪生环境模型,设计了基于环境地图孪生模型的无冲突路径规划算法。对于车间内实时到达的配送任务订单,采用改进的A^(*)算法结合环境地图孪生模型中的动态邻接矩阵和时间窗矩阵,按任务优先级顺序为相应的AGV规划无冲突路径,并实时更新孪生模型中的数据。所提方法使AGV配送的任务完成时间和冲突调整时间分别平均减少13.4%和17.54%。

关键词：数字孪生自动导引车路径规划 A^(*)算法车间物流

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数字孪生驱动下的弱刚性钻削毛刺控制

计算机集成制造系统 2023年第4期29卷 1115-1126页

作者：许敏俊刘世民沈慧郑宇李婕鲍劲松郑小虎陈革东华大学机械工程学院智能制造研究所上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

机器人等弱刚性钻削系统柔性好、作业范围大,在复杂钻削场景中得到了广泛应用。但其弱刚性易导致颤振并产生毛刺,如何控制毛刺是研究热点和难点。由此,提出一种基于数字孪生的弱刚性钻削毛刺控制系统,由实体模型、虚拟模型、数据处理模... 详细信息

机器人等弱刚性钻削系统柔性好、作业范围大,在复杂钻削场景中得到了广泛应用。但其弱刚性易导致颤振并产生毛刺,如何控制毛刺是研究热点和难点。由此,提出一种基于数字孪生的弱刚性钻削毛刺控制系统,由实体模型、虚拟模型、数据处理模块和钻削决策模块4部分组成。该方法在数字空间中构建钻削机理和数据融合的行为规则模型,实现对实体模型钻削加工过程的实时状态监测;所构建的钻削决策模块包括面向毛刺控制的决策信息生成模型和局部优化算法,实现对钻削加工过程的实时优化调控。通过弱刚性加工系统的物理钻削实验以及信息空间仿真实验的交互对比,验证了毛刺监测过程和决策反馈过程的可行性和有效性,结果表明所提数字孪生系统可使毛刺平均高度降低约14%。

关键词：弱刚性钻削数字孪生决策优化毛刺控制

数字孪生制造单元多维多尺度建模与边—云协同配置

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计算机集成制造系统 2023年第2期29卷 355-371页

作者：张超周光辉肖佳诚秦天宇周雅光西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710054

为了解决离散型智能车间多维、多尺度、高保真建模及其软硬件配置与协同问题,以离散型智能车间的基本实现单元——数字孪生制造单元为对象,从数据—知识混合驱动的角度,探明新一代信息技术赋能下数字孪生制造单元的构成要素与关键特征,... 详细信息

为了解决离散型智能车间多维、多尺度、高保真建模及其软硬件配置与协同问题,以离散型智能车间的基本实现单元——数字孪生制造单元为对象,从数据—知识混合驱动的角度,探明新一代信息技术赋能下数字孪生制造单元的构成要素与关键特征,提出数字孪生制造单元的多维多尺度智能空间模型及其高保真建模方法。进一步从边—云协同的角度构建软硬件集成的数字孪生制造单元配置模型,建立了基于智能合约的数字孪生制造单元边—云协同运行与智能化管控机制。采用Java Web技术开发了数字孪生制造单元原型系统,并以航空发动机整体叶轮加工过程为案例,验证了所提模型与方法的正确性和有效性。

关键词：数字孪生制造单元多维多尺度建模边—云协同智能车间