基于数字孪生的烟叶智能烤分过程监控系统研究
这是一篇关于数字孪生,烟叶智能烤分过程,监控系统,虚实映射的论文, 主要内容为大数据、工业互联网、人工智能、数字孪生、云计算等新兴技术的发展,推动制造业正朝着数字化、智能化、虚拟化方向转型。其中,数字孪生技术作为实现物理与虚拟现实融合交互的主要手段,对智能制造实现发挥了重要作用。作为国民经济重要支柱的烟草行业也极为重视智能制造,其原材料加工阶段的烟叶烘烤与分级工序的数字化和智能化正在加速推进,并已进入实用阶段。但是,现有烟叶智能烘烤和分级过程还存在监控方式落后、模型缺失、过程低效、实时性不足和监控数据展示不直观、不充分的问题。本文旨在研究开发一套基于数字孪生的烟叶智能烤分过程监控系统,提高烟叶智能烤分过程的监控水平,以保障其顺畅运行。本文所做的主要研究工作如下:(1)烟叶智能烤分设备和场景的数字孪生建模研究。首先针对现行的烟叶智能烤分工艺流程和设备的几何形态及运行特性进行了细致分析;然后研究了在信息空间内对烤分设备及场景进行精确几何建模的方法,以及模型的轻量化及后处理方法;在此基础上搭建了烤分设备及场景的数字孪生模型,包括车间虚拟场景的构建和车间环境要素的构建,对模型的动素定义和运动干涉检测,并利用C#脚本实现了的动态和人机交互,为实现烟叶烤分过程监控系统奠定了基础。(2)基于烟叶烤分过程与孪生模型的虚实映射技术研究。首先分析了烟叶烤分过程涉及的数据源并按类型进行了划分;其次研究了基于OPC UA协议的设备运行数据采集方法,设计了数据映射和存储机制,实现了数据信息的高效可靠传输和存储;再次研究了基于Unity3D引擎的模型与数据的交互技术,实现了实际物理系统数据能够驱动虚拟三维模型仿真运行;最后使用GUI组件设计了UI,实现了孪生模型跟用户的友好高效交互。基于数据实时交互的虚实映射技术为烟叶烤分过程监控系统实现提供了关键技术支撑。(3)烟叶智能烤分过程监控原型系统设计开发。按照软件工程流程,首先分析了当前烟叶烤分车间在分级计划、烤分状态监控等方面所存在的问题,提出系统需求与设计原则;然后基于前述烟叶烤分数字孪生模型,进行烟叶智能烤分监控系统的详细设计,分别设计了监控系统的系统结构、功能结构、接口、运行流程,并开发出了原型系统。在烟叶智能烤分生产场景中进行系统试运行,系统能够对烤分过程进行实时监控,且监控数据交互顺畅,展示直观,证明了系统的有效性和实用性。
基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统研究与实现
这是一篇关于数字孪生,数据采集,监测,虚实映射的论文, 主要内容为目前,我国制造业向智能化升级转型势在必行,在车间的生产制造过程中,物理空间与信息空间缺乏互联互通,智能性、主动性、预测性、透明度以及全局优化能力不足,难以满足智能化制造的发展需求。针对上述问题,本文基于数字孪生技术,以产线状态虚实映射监测系统为研究对象,对车间数据的采集与处理方法进行了研究,并建立了融合多层次信息的数字孪生产线模型。同时采用Web应用开发技术与可视化相关技术,完成了系统的开发。论文的主要研究内容如下:(1)通过对基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统的需求分析,建立了系统的总体架构,包括数据支撑层、数据存储层、系统功能层及系统应用层,设计了系统的技术路线,并分析了系统的工作流程,划分了系统的功能模块。(2)针对车间产线数据类型复杂、体量大、传输环境不稳定等特点,提出了生产线数据采集与处理体系架构,构建了生产线数据信息模型;并通过对数据采集方式和传输方式的研究以及系统的数据流向分析,制定了数据采集方案;最后采用布谷鸟算法优化的K-means聚类缺失值处理算法和LOF异常值检测算法分别通过实例对数据进行了缺失值处理和异常值检测。(3)通过对数字孪生模型组成要素的分析,进行了产线信息层次化分解,采用了融合多层次信息的数字孪生产线模型建模方法,建立了几何形状层、位置约束层、行为状态层模型,并通过构建商用车变速箱壳体生产线数字孪生模型,完成设备故障数据监测和生产能力仿真,从而实现壳体产线的虚实映射。(4)根据系统总体架构及功能模块,采用JavaWeb等相关技术完成了基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统的开发。
基于数字孪生的烟叶智能烤分过程监控系统研究
这是一篇关于数字孪生,烟叶智能烤分过程,监控系统,虚实映射的论文, 主要内容为大数据、工业互联网、人工智能、数字孪生、云计算等新兴技术的发展,推动制造业正朝着数字化、智能化、虚拟化方向转型。其中,数字孪生技术作为实现物理与虚拟现实融合交互的主要手段,对智能制造实现发挥了重要作用。作为国民经济重要支柱的烟草行业也极为重视智能制造,其原材料加工阶段的烟叶烘烤与分级工序的数字化和智能化正在加速推进,并已进入实用阶段。但是,现有烟叶智能烘烤和分级过程还存在监控方式落后、模型缺失、过程低效、实时性不足和监控数据展示不直观、不充分的问题。本文旨在研究开发一套基于数字孪生的烟叶智能烤分过程监控系统,提高烟叶智能烤分过程的监控水平,以保障其顺畅运行。本文所做的主要研究工作如下:(1)烟叶智能烤分设备和场景的数字孪生建模研究。首先针对现行的烟叶智能烤分工艺流程和设备的几何形态及运行特性进行了细致分析;然后研究了在信息空间内对烤分设备及场景进行精确几何建模的方法,以及模型的轻量化及后处理方法;在此基础上搭建了烤分设备及场景的数字孪生模型,包括车间虚拟场景的构建和车间环境要素的构建,对模型的动素定义和运动干涉检测,并利用C#脚本实现了的动态和人机交互,为实现烟叶烤分过程监控系统奠定了基础。(2)基于烟叶烤分过程与孪生模型的虚实映射技术研究。首先分析了烟叶烤分过程涉及的数据源并按类型进行了划分;其次研究了基于OPC UA协议的设备运行数据采集方法,设计了数据映射和存储机制,实现了数据信息的高效可靠传输和存储;再次研究了基于Unity3D引擎的模型与数据的交互技术,实现了实际物理系统数据能够驱动虚拟三维模型仿真运行;最后使用GUI组件设计了UI,实现了孪生模型跟用户的友好高效交互。基于数据实时交互的虚实映射技术为烟叶烤分过程监控系统实现提供了关键技术支撑。(3)烟叶智能烤分过程监控原型系统设计开发。按照软件工程流程,首先分析了当前烟叶烤分车间在分级计划、烤分状态监控等方面所存在的问题,提出系统需求与设计原则;然后基于前述烟叶烤分数字孪生模型,进行烟叶智能烤分监控系统的详细设计,分别设计了监控系统的系统结构、功能结构、接口、运行流程,并开发出了原型系统。在烟叶智能烤分生产场景中进行系统试运行,系统能够对烤分过程进行实时监控,且监控数据交互顺畅,展示直观,证明了系统的有效性和实用性。
基于数字孪生的旋转机械可视化监控与故障预警系统研究
这是一篇关于旋转机械,数字孪生,虚实映射,故障预警,胶囊网络的论文, 主要内容为随着信息技术的飞速发展,世界各国纷纷探索制造业的智能化、数字化转型路径。智能制造过程中存在的机械设备全生命周期监控视角不全面、数据传输实时性差、故障状态预警准确度及效率较低等问题,仍然是机械设备健康状态监测领域所要面对的关键技术难题。针对上述问题,本文提出了一种基于数字孪生技术的旋转机械可视化监控与故障预警方法,旨在借助三维建模、数据通信、深度学习等多学科技术,实现旋转机械的可视化监控和故障实时预警。主要研究内容如下:(1)旋转机械可视化监控与故障预警系统总体方案设计。针对旋转机械可视化监控和故障预警研究中的关键问题,总结了系统的设计需求和设计原则,确定了基于数字孪生模型五维架构的旋转机械可视化监控与故障预警系统的整体框架和功能模块的设计方案。(2)旋转机械高保真数字孪生模型构建方法研究。搭建了轴承-齿轮箱旋转机械实验台,从几何模型、行为模型和故障演化模型的角度对数字孪生模型结构进行了分析,基于数字孪生模型的构建原则提出了旋转机械实验台几何模型的构建、装配和优化策略,基于数字孪生模型的空间几何变换原理分析了行为模型的实现方法,构建了具有完整映射的旋转机械高保真数字孪生模型。(3)旋转机械实验台数字孪生模型映射方法研究。为了获得旋转机械实验台实时孪生数据,为旋转机械可视化监控与故障预警系统的构建提供数据支撑,针对孪生数据需求搭建了多传感器数据采集系统,设计了基于Lab VIEW DAQmx驱动的数据实时采集方案。通过构建数据库和数据传输通道实现了孪生数据的实时传输和存储,研究了数字孪生行为模型的构建方法,基于Unity3D开发引擎实现了三维仿真场景的搭建和数字孪生模型的实时精准映射。(4)基于胶囊网络的故障诊断方法研究。为了实现对旋转机械故障的精确诊断预警,研究了基于胶囊网络的故障诊断模型构建方法。制备滚动轴承和行星齿轮箱故障件,构建其复合故障数据集作为模型训练样本,针对滚动轴承和行星齿轮的单一及耦合故障进行诊断。采用相同参数构建卷积神经网络故障诊断模型进行对比试验,基于准确度评估指标对胶囊网络模型输出的混淆矩阵、t-SNE可视化结果和对比实验结果进行了分析,验证了该故障诊断模型的精准性。(5)旋转机械可视化监控与故障预警系统开发。针对旋转机械可视化监控与故障预警系统的流畅性、适用性和兼容性需求,配置了系统开发环境,构建了用户注册登录、设备状态监测、三维模型可视化和故障预警四个功能模块,基于B/S和C/S混合架构集成各个功能模块并完成系统开发。
基于数字孪生的旋转机械可视化监控与故障预警系统研究
这是一篇关于旋转机械,数字孪生,虚实映射,故障预警,胶囊网络的论文, 主要内容为随着信息技术的飞速发展,世界各国纷纷探索制造业的智能化、数字化转型路径。智能制造过程中存在的机械设备全生命周期监控视角不全面、数据传输实时性差、故障状态预警准确度及效率较低等问题,仍然是机械设备健康状态监测领域所要面对的关键技术难题。针对上述问题,本文提出了一种基于数字孪生技术的旋转机械可视化监控与故障预警方法,旨在借助三维建模、数据通信、深度学习等多学科技术,实现旋转机械的可视化监控和故障实时预警。主要研究内容如下:(1)旋转机械可视化监控与故障预警系统总体方案设计。针对旋转机械可视化监控和故障预警研究中的关键问题,总结了系统的设计需求和设计原则,确定了基于数字孪生模型五维架构的旋转机械可视化监控与故障预警系统的整体框架和功能模块的设计方案。(2)旋转机械高保真数字孪生模型构建方法研究。搭建了轴承-齿轮箱旋转机械实验台,从几何模型、行为模型和故障演化模型的角度对数字孪生模型结构进行了分析,基于数字孪生模型的构建原则提出了旋转机械实验台几何模型的构建、装配和优化策略,基于数字孪生模型的空间几何变换原理分析了行为模型的实现方法,构建了具有完整映射的旋转机械高保真数字孪生模型。(3)旋转机械实验台数字孪生模型映射方法研究。为了获得旋转机械实验台实时孪生数据,为旋转机械可视化监控与故障预警系统的构建提供数据支撑,针对孪生数据需求搭建了多传感器数据采集系统,设计了基于Lab VIEW DAQmx驱动的数据实时采集方案。通过构建数据库和数据传输通道实现了孪生数据的实时传输和存储,研究了数字孪生行为模型的构建方法,基于Unity3D开发引擎实现了三维仿真场景的搭建和数字孪生模型的实时精准映射。(4)基于胶囊网络的故障诊断方法研究。为了实现对旋转机械故障的精确诊断预警,研究了基于胶囊网络的故障诊断模型构建方法。制备滚动轴承和行星齿轮箱故障件,构建其复合故障数据集作为模型训练样本,针对滚动轴承和行星齿轮的单一及耦合故障进行诊断。采用相同参数构建卷积神经网络故障诊断模型进行对比试验,基于准确度评估指标对胶囊网络模型输出的混淆矩阵、t-SNE可视化结果和对比实验结果进行了分析,验证了该故障诊断模型的精准性。(5)旋转机械可视化监控与故障预警系统开发。针对旋转机械可视化监控与故障预警系统的流畅性、适用性和兼容性需求,配置了系统开发环境,构建了用户注册登录、设备状态监测、三维模型可视化和故障预警四个功能模块,基于B/S和C/S混合架构集成各个功能模块并完成系统开发。
基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统研究与实现
这是一篇关于数字孪生,数据采集,监测,虚实映射的论文, 主要内容为目前,我国制造业向智能化升级转型势在必行,在车间的生产制造过程中,物理空间与信息空间缺乏互联互通,智能性、主动性、预测性、透明度以及全局优化能力不足,难以满足智能化制造的发展需求。针对上述问题,本文基于数字孪生技术,以产线状态虚实映射监测系统为研究对象,对车间数据的采集与处理方法进行了研究,并建立了融合多层次信息的数字孪生产线模型。同时采用Web应用开发技术与可视化相关技术,完成了系统的开发。论文的主要研究内容如下:(1)通过对基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统的需求分析,建立了系统的总体架构,包括数据支撑层、数据存储层、系统功能层及系统应用层,设计了系统的技术路线,并分析了系统的工作流程,划分了系统的功能模块。(2)针对车间产线数据类型复杂、体量大、传输环境不稳定等特点,提出了生产线数据采集与处理体系架构,构建了生产线数据信息模型;并通过对数据采集方式和传输方式的研究以及系统的数据流向分析,制定了数据采集方案;最后采用布谷鸟算法优化的K-means聚类缺失值处理算法和LOF异常值检测算法分别通过实例对数据进行了缺失值处理和异常值检测。(3)通过对数字孪生模型组成要素的分析,进行了产线信息层次化分解,采用了融合多层次信息的数字孪生产线模型建模方法,建立了几何形状层、位置约束层、行为状态层模型,并通过构建商用车变速箱壳体生产线数字孪生模型,完成设备故障数据监测和生产能力仿真,从而实现壳体产线的虚实映射。(4)根据系统总体架构及功能模块,采用JavaWeb等相关技术完成了基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统的开发。
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