基于物理数据的数字孪生冲压生产线建模方法研究

摘要

随着物联网、云制造、大数据等新一代信息技术的广泛应用与落地，制造业面临向智能化升级转型的关键节点。目前车间制造过程中，基于信息空间的要素管理、生产计划、过程控制等已经成为可能，但是物理空间与信息空间缺乏互联互通与交互融合，相关活动的预见性、联动性不足，未能满足智能化的发展需求。数字孪生作为提高生产智能性的有效办法，能够优化生产节拍、提高效率、增加生产灵活性，但是目前对其研究处于初步探索阶段，如果能建立完善的数字孪生生产线描述模型，就能为促进制造车间物理空间与信息空间交互共融提供有力支持。　　针对上述问题，本文重点研究基于物理数据的数字孪生冲压生产线建模方法。主要的研究工作如下：　　（1）数字孪生冲压生产线的运行机制与模型架构的研究。结合物联网、信息物理系统相关理论，研究全生命周期中数字孪生的内涵和特征，基于车间生产制造与数字孪生的相关特性，分析提出数字孪生冲压生产线的概念、组成及主要特征，在此基础上研究数字孪生冲压生产线的运行机制，构建数字孪生冲压生产线模型架构，为基于物理数据的数字孪生冲压生产线建模提供理论基础。　　（2）基于物理数据的数字孪生冲压生产线建模方法研究。对生产线多源异构的物理数据和制造资源进行分类描述和详细分析，采用面向对象的方法构建冲压生产线物理数据模型。基于本体模型从制造资源、生产任务、制造过程三方面进行生产线知识库的建立和数字化描述，为孪生车间的智能应用提供基础支持，基于三维虚拟模型分析冲压生产线运动行为并且封装其运动逻辑，构建冲压生产线数字信息模型。研究物理数据模型与数字信息模型之间的映射关联关系，从而建立基于物理数据的冲压生产线数字孪生模型，实现冲压生产线物理空间和数字空间的信息交互。　　（3）数字孪生知识信息服务系统设计与实现。基于提出的数字孪生冲压生产线模型，依托某企业冲压生产线，结合Web框架设计并开发一个数字孪生知识信息服务系统，实现基于物理数据的数字孪生虚拟建模方法。该系统面向需求提供冲压生产线基本信息、数字孪生知识信息，且能够实时查看生产任务进度、生产过程信息等。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的背景、目的及意义

1.3 相关领域国内外研究现状

1.3.1 制造业信息化数字孪生研究现状

1.3.2 数字孪生建模方法研究现状

1.4 本文的主要研究内容及结构

1.4.1 本文研究的主要内容

1.4.2 本文结构安排

第2章 数字孪生冲压生产线运行机制与模型架构研究

2.1 数字孪生的内涵分析

2.2 数字孪生冲压生产线运行机制

2.3 数字孪生冲压生产线模型架构

2.4 本章小结

第3章 基于物理数据的数字孪生冲压生产线建模

3.1 冲压生产线物理数据模型构建

3.2 冲压生产线数字信息模型构建

3.2.1 冲压生产线系统本体建模

3.2.2 冲压生产线三维可视化虚拟建模

3.2.3 车间数字模型运行行为分析

3.3 基于物理数据的冲压生产线数字孪生模型构建

3.3.1 冲压生产线数字孪生模型构建体系

3.3.2 冲压生产线数字孪生模型构建方法

3.4 本章小结

第4章 冲压生产线数字孪生知识信息服务系统设计与实现

4.1 系统结构框架

4.2 系统开发技术及运行环境

4.3 系统数据库设计

4.4 系统功能模块实现

4.4.1 基本信息模块

4.4.2 知识信息模块

4.4.3 任务状态模块

4.4.4 数字孪生模型显示模块

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文