数字孪生驱动的螺线管装配生产线运维系统设计与研究
发布时间：2021-06-21 12:07
采用传统的工装设备生产螺线管焊接件,存在自动化程度低、生产效率低、劳动力需求高等问题,严重制约了企业自动化、信息化、智能化生产的发展。针对上述问题,本文将数字孪生技术与螺线管焊接件自动化装配生产线相融合,通过结构和硬件系统设计,构建了物理实体层生产线要素。进而,研究了虚拟空间几何、行为、规则模型的创建与描述,基于Open Inventor创建了生产线关键要素的几何模型;采用AutomationML从产品、资源和工艺三方面对行为模型进行标准化描述;通过关联性挖掘和信息熵量化方法建立了以温度为特征的生产线健康度规则模型。在此基础上,开发了集成多条生产线信息的运维系统,并以此表示数字孪生服务层在生产制造过程中的具体应用。论文主要研究内容如下:（1）从系统层级、生命周期和对象层次三个维度对数字孪生进行描述,首次提出了制造范围内通用的数字孪生模型架构,并通过投影方式获得了数字孪生驱动的螺线管焊接件装配生产线运维系统总体结构。（2）根据产品结构特征、生产工艺流程和技术指标要求设计了生产线关键机构的结构;通过分析生产线动作与逻辑关系设计了基于M/S结构的硬件系统;研究了运动控制方案并实现了生产线的开...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
制造业发展历程、阶段特征及表现形式
东南大学硕士学位论文4图1-2数字孪生三维模型在利用数字孪生技术解决实际生产制造问题时，有必要创建对象的数字孪生模型架构。自数字孪生概念被提出以来，其模型架构也在不断地更新和完善，如图1-2所示，初期较为流行的三维模型架构由物理实体、虚拟镜像和数字纽带组成，该模型源于Grieves教授对数字孪生的定义[8]，主要应用在产品的设计和生产阶段。其中物理实实体是客观存在的对象；虚拟镜像是与物理实体完全一致的数字模型；数字纽带用于连接物理实体和虚拟镜像，实现两者之间的数据和信息流动。随着相关理论技术的不断进步以及应用需求的持续升级，数字孪生模型架构的知识库也得到了不断地丰富和完善[13]。在三维模型基础上，Zhang等人[14]引入车间数据层、应用层和工业互联网、无线网等组成的网络层概念，提出了数字孪生驱动的智能车间五层架构以解决车间动态资源分配优化问题。在研究风力涡轮机的故障预测和健康管理问题时，数字孪生模型被进一步细化。由物理实体模型、虚拟设备模型、服务模型、数字孪生数据模型和关联模型组成的五维数字孪生模型架构首次被提出，且各模型的组成通过公式的形式直观地展示[15]。以上研究在一定程度上为通用数字孪生模型的建立提供了思路，但未能深入探究反映物理对象几何、行为和规则的虚拟模型构建策略。数字孪生技术在生产制造活动中所需攻克的问题有待进一步研究。1.3.2制造系统数字孪生模型的构建数字孪生技术在制造企业中潜在的巨大经济效益促使研究人员们不断探究和开发新的理论和方法，至今已发展成为集机械设计、电气控制、数据挖掘等各种现代科技于一体的新兴交叉学科。数字孪生驱动的制造系统主要包括物理实体、虚拟模型和应用服务等方面内容。物理实体是数字孪生技术应用的基础，?
炝煊虻闹饕?发展趋势。1.4主要研究内容及组织结构1.4.1主要研究内容本文将数字孪生技术与螺线管焊接件自动化装配生产线相结合，旨在探究制造领域内信息物理交互融合及智能操作问题的解决思路。主要研究内容为：一、研发螺线管焊接件自动化装配生产线，构建数字孪生物理实体层的基本要素；二、构建生产线关键要素几何模型，标准化描述关键机构行为模型，并建立以温度为特征的生产线健康度规则模型；三、开发一套集成多条生产线的运维系统，并以此表示数字孪生服务层在生产制造过程中的具体应用。1.4.2论文组织结构图1-3论文体系结构论文共分为6章，如图1-3所示，具体章节安排如下：第一章，绪论。首先介绍课题的来源；其次介绍企业在智能制造背景下的现状和问题，阐述研究意义；进而从数字孪生的发展与应用、数字孪生驱动的制造系统模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[2]多平台三维钣金激光切割过程仿真系统研究与开发[J]. 陈更明,仇晓黎,幸研. 航空制造技术. 2018(16)
[3]一种通用工程数据交换格式——自动化标记语言（AutomationML）介绍[J]. 柳晓菁,王春喜. 仪器仪表标准化与计量. 2018(01)
[4]数字孪生及其应用探索[J]. 陶飞,刘蔚然,刘检华,刘晓军,刘强,屈挺,胡天亮,张执南,向峰,徐文君,王军强,张映锋,刘振宇,李浩,程江峰,戚庆林,张萌,张贺,隋芳媛,何立荣,易旺民,程辉. 计算机集成制造系统. 2018(01)
[5]基于工业云的电熔镁炉监控系统与关键技术[J]. 冉振莉,徐泉,吴志伟,刘文庆,王良勇,刘长鑫,柴天佑. 计算机集成制造系统. 2018(11)
[6]智能制造体系架构、参考模型与标准化框架研究[J]. 李清,唐骞璘,陈耀棠,李君,周剑,田雨华,李媛姗,苗建军. 计算机集成制造系统. 2018(03)
[7]数字孪生车间信息物理融合理论与技术[J]. 陶飞,程颖,程江峰,张萌,徐文君,戚庆林. 计算机集成制造系统. 2017(08)
[8]生产系统通用数据交换格式AutomationML的应用研究[J]. 刘俊杰,樊留群,程建,廖梓博. 制造业自动化. 2017(05)
[9]产品数字孪生体的内涵、体系结构及其发展趋势[J]. 庄存波,刘检华,熊辉,丁晓宇,刘少丽,瓮刚. 计算机集成制造系统. 2017(04)
[10]几种新兴智能制造模式研究评述[J]. 周佳军,姚锡凡,刘敏,张剑铭,陶韬. 计算机集成制造系统. 2017(03)
硕士论文
[1]基于物联网的温室监测管理系统设计[D]. 王鑫.湖南大学 2018
[2]现场生产数据实时驱动虚拟汽车电子生产线研究与开发[D]. 郜敏.东南大学 2017
[3]电子油门踏板生产线检测台工位及监控系统开发[D]. 朱均岭.东南大学 2017
[4]冶金生产线的远程维护系统[D]. 曹宇昕.机械科学研究总院 2017
[5]基于物联网的热成形生产线集成化工艺与生产管理系统研究[D]. 孟炬.华中科技大学 2016
[6]空调装配自动化生产线工艺研究及系统设计[D]. 陈揆能.广东工业大学 2015
[7]雨伞关键工序自动化生产线的研制[D]. 高荣.北京邮电大学 2015
[8]基于Open Inventor的储层建模可视化研究[D]. 孔进.西安石油大学 2013
[9]基于Open Inventor冷弯成型机虚拟样机仿真平台系统开发[D]. 曹玉超.郑州大学 2012
本文编号：3240650
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
制造业发展历程、阶段特征及表现形式
东南大学硕士学位论文4图1-2数字孪生三维模型在利用数字孪生技术解决实际生产制造问题时，有必要创建对象的数字孪生模型架构。自数字孪生概念被提出以来，其模型架构也在不断地更新和完善，如图1-2所示，初期较为流行的三维模型架构由物理实体、虚拟镜像和数字纽带组成，该模型源于Grieves教授对数字孪生的定义[8]，主要应用在产品的设计和生产阶段。其中物理实实体是客观存在的对象；虚拟镜像是与物理实体完全一致的数字模型；数字纽带用于连接物理实体和虚拟镜像，实现两者之间的数据和信息流动。随着相关理论技术的不断进步以及应用需求的持续升级，数字孪生模型架构的知识库也得到了不断地丰富和完善[13]。在三维模型基础上，Zhang等人[14]引入车间数据层、应用层和工业互联网、无线网等组成的网络层概念，提出了数字孪生驱动的智能车间五层架构以解决车间动态资源分配优化问题。在研究风力涡轮机的故障预测和健康管理问题时，数字孪生模型被进一步细化。由物理实体模型、虚拟设备模型、服务模型、数字孪生数据模型和关联模型组成的五维数字孪生模型架构首次被提出，且各模型的组成通过公式的形式直观地展示[15]。以上研究在一定程度上为通用数字孪生模型的建立提供了思路，但未能深入探究反映物理对象几何、行为和规则的虚拟模型构建策略。数字孪生技术在生产制造活动中所需攻克的问题有待进一步研究。1.3.2制造系统数字孪生模型的构建数字孪生技术在制造企业中潜在的巨大经济效益促使研究人员们不断探究和开发新的理论和方法，至今已发展成为集机械设计、电气控制、数据挖掘等各种现代科技于一体的新兴交叉学科。数字孪生驱动的制造系统主要包括物理实体、虚拟模型和应用服务等方面内容。物理实体是数字孪生技术应用的基础，?
炝煊虻闹饕?发展趋势。1.4主要研究内容及组织结构1.4.1主要研究内容本文将数字孪生技术与螺线管焊接件自动化装配生产线相结合，旨在探究制造领域内信息物理交互融合及智能操作问题的解决思路。主要研究内容为：一、研发螺线管焊接件自动化装配生产线，构建数字孪生物理实体层的基本要素；二、构建生产线关键要素几何模型，标准化描述关键机构行为模型，并建立以温度为特征的生产线健康度规则模型；三、开发一套集成多条生产线的运维系统，并以此表示数字孪生服务层在生产制造过程中的具体应用。1.4.2论文组织结构图1-3论文体系结构论文共分为6章，如图1-3所示，具体章节安排如下：第一章，绪论。首先介绍课题的来源；其次介绍企业在智能制造背景下的现状和问题，阐述研究意义；进而从数字孪生的发展与应用、数字孪生驱动的制造系统模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[2]多平台三维钣金激光切割过程仿真系统研究与开发[J]. 陈更明,仇晓黎,幸研. 航空制造技术. 2018(16)
[3]一种通用工程数据交换格式——自动化标记语言（AutomationML）介绍[J]. 柳晓菁,王春喜. 仪器仪表标准化与计量. 2018(01)
[4]数字孪生及其应用探索[J]. 陶飞,刘蔚然,刘检华,刘晓军,刘强,屈挺,胡天亮,张执南,向峰,徐文君,王军强,张映锋,刘振宇,李浩,程江峰,戚庆林,张萌,张贺,隋芳媛,何立荣,易旺民,程辉. 计算机集成制造系统. 2018(01)
[5]基于工业云的电熔镁炉监控系统与关键技术[J]. 冉振莉,徐泉,吴志伟,刘文庆,王良勇,刘长鑫,柴天佑. 计算机集成制造系统. 2018(11)
[6]智能制造体系架构、参考模型与标准化框架研究[J]. 李清,唐骞璘,陈耀棠,李君,周剑,田雨华,李媛姗,苗建军. 计算机集成制造系统. 2018(03)
[7]数字孪生车间信息物理融合理论与技术[J]. 陶飞,程颖,程江峰,张萌,徐文君,戚庆林. 计算机集成制造系统. 2017(08)
[8]生产系统通用数据交换格式AutomationML的应用研究[J]. 刘俊杰,樊留群,程建,廖梓博. 制造业自动化. 2017(05)
[9]产品数字孪生体的内涵、体系结构及其发展趋势[J]. 庄存波,刘检华,熊辉,丁晓宇,刘少丽,瓮刚. 计算机集成制造系统. 2017(04)
[10]几种新兴智能制造模式研究评述[J]. 周佳军,姚锡凡,刘敏,张剑铭,陶韬. 计算机集成制造系统. 2017(03)
硕士论文
[1]基于物联网的温室监测管理系统设计[D]. 王鑫.湖南大学 2018
[2]现场生产数据实时驱动虚拟汽车电子生产线研究与开发[D]. 郜敏.东南大学 2017
[3]电子油门踏板生产线检测台工位及监控系统开发[D]. 朱均岭.东南大学 2017
[4]冶金生产线的远程维护系统[D]. 曹宇昕.机械科学研究总院 2017
[5]基于物联网的热成形生产线集成化工艺与生产管理系统研究[D]. 孟炬.华中科技大学 2016
[6]空调装配自动化生产线工艺研究及系统设计[D]. 陈揆能.广东工业大学 2015
[7]雨伞关键工序自动化生产线的研制[D]. 高荣.北京邮电大学 2015
[8]基于Open Inventor的储层建模可视化研究[D]. 孔进.西安石油大学 2013
[9]基于Open Inventor冷弯成型机虚拟样机仿真平台系统开发[D]. 曹玉超.郑州大学 2012
本文编号：3240650
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