面向航天器在轨装配的数字孪生技术

构建航天器在轨维修维护能力是确保空间系统长期稳定工作的有效途径,而对于空间环境中的在轨装配过程的模拟、监控、诊断和预测,目前的研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏整体解决方案。提出采用构建航天器数字孪生体的方式,来抽象表达航天器完成在轨装配的过程、状态和行为。首先分析了在轨装配航天器的结构组成及功能需求,然后系统阐述了航天器数字孪生体的数据组成、实现方式和作用,最后给出了航天器数字孪生体在设计、制造和在轨服务阶段的实施途径,并对航天器数字孪生体的作用进行了总结和展望。     

基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式探索与实践

为持续提升飞机总装生产线运营绩效,促进业务模式变革,提出了一种基于数字孪生的飞机总装生产线管控新模式。首先,分析了飞机总装生产线从物理空间到信息空间的演变过程及生产线运行管控需求。其次,阐述了飞机总装生产线数字孪生组成,结合数字孪生五维模型,构建了总装生产线数字孪生模型。最后,基于3DMAX建立了虚拟模型,利用系统开发技术构建总装数字孪生系统,通过采集现场生产过程数据实现物理实体与虚拟空间的映射,初步探索了数字孪生技术在飞机总装生产线的应用。结果表明,基于数字孪生的飞机总装生产线管控模式对提高生产效率和质量具有重要作用。     

数字孪生在工艺设计中的应用探讨

数字孪生作为赛博物理系统的关键技术,能够对物理世界进行数字化描述并有效管控产品全生命周期的数据,为实现产品研发生产中各种活动的优化决策提供了新的思路。对数字孪生的概念和研究进展进行了概述,针对当前CAPP(计算机辅助工艺设计)研究中存在的两个问题,引入了实作模型的概念,提出了数字孪生环境下CAPP的设计框架,最后探讨了基于实作模型的实时工艺决策和基于数字孪生的工艺知识挖掘技术。     

数字孪生技术在航空发动机智能生产线中的应用

为探索采用新一代信息技术加快航空发动机数字化转型升级,分析了数字孪生技术的概念和内涵,论述了数字孪生技术在航空发动机设计、制造和服务等业务领域的应用场景,对智能生产线应用数字孪生技术的实现途径进行了分析和验证。实践表明:数字孪生技术与MBD建模、数字线索、虚拟仿真、数据融合等技术相关联,能够进一步优化车间布局和生产节拍,改善工艺设计,实现生产制造过程的准实时监控和动态调整,有利于提高产品生产质量和生产效率。     

基于数字孪生的飞机起落架健康管理技术

针对飞机起落架系统，传统健康管理方式存在知识不完备、数据不平衡和模型固化等问题，开展了数字孪生驱动的健康管理技术研究，提出以自更新模型为基础实现故障诊断与预测的数字孪生健康管理框架。从起落架系统物理和行为2个维度建立孪生模型来实现真实系统的数字映射，依托强化学习算法实现数字孪生模型参数的更新，确保孪生模型实时跟踪和反映实体健康状态，并以此为基础设计基于事件的故障诊断和基于粒子滤波的故障预测方案。以起落架收放系统为例完成实验验证，与传统方法相比，本文方法在实时性、准确性和鲁棒性方面表现更优。     

基于内容统计分析的数字孪生定义研究

美国国防部最早提出利用数字孪生技术，用于航空航天飞行器的健康维护与保障。数字孪生可以达到缩短周期与降低 成本的目的，作为航空发动机辅助研制技术将发挥越来越重要的作用。为了从第一性原理出发更好地认识与应用数字孪生技术， 需要对数字孪生进行比较全面和相对准确的定义。以互联网搜索引擎、EI数据库、中国知网、万方、重庆维普等数据资源为采样 源，采集来自科技文献、科技报告、企业白皮书、标准等的64种典型的数字孪生定义。通过对文献外部特征与内容特征的研究，得 到数字孪生定义共性要素。通过对定义要素的词频统计分析，确定数字孪生定义的核心要素和补充要素，并构建了基于共性要素 的通用数字孪生定义模型；通过对数字孪生定义要素内容聚类分析，得到数字孪生定义要素的具体表达。提出了针对数字孪生的 核心要素的宏观定义和针对全部要素的微观定义。     

面向数控加工的数字孪生系统

在智能制造的大背景下,智能化是数控加工的一个重要发展方向,数字孪生的出现为传统数控加工的智能化提供了新思路,如何利用数字孪生技术增强数控加工的智能性,这一点还缺乏深入研究。从感知、理解、推理和服务4个层面详细论述了数字孪生技术在数控加工智能化上的增强作用,并与传统加工过程进行对比,结合自主研发的GrapeSim数字孪生系统,说明数控加工智能化的技术实现路径。该系统已在中国商飞生产线上得到验证,进行了大量针对实际加工零件的测试工作,显示出了对加工智能化的提升效果和数字孪生系统的实用性。     

基于数字孪生的飞机装配车间生产管控模式探索

飞机装配车间中实现制造的物理世界和信息世界的互联互通成为飞机装配智能化的发展趋势,数字孪生是实现物理世界与信息世界交互与融合的有效技术手段。分析了车间发展历程并阐述了目前飞机装配车间的特点及问题,在此基础上,提出了涵盖物理装配车间、虚拟装配车间、车间孪生数据及装配车间服务系统的飞机数字孪生装配车间架构,并对物理装配车间数据的实时感知与采集、虚拟装配车间建模与仿真运行技术、数字孪生与数据驱动的装配车间生产管控等飞机数字孪生装配车间关键技术进行了研究,为航空工业领域的智能制造提供参考。     

数字孪生及其在航空航天中的应用

数字孪生已引起国内外的广泛重视，可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报，从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相比一般的模拟模型，具有集中性、动态性和完整性的突出特点。数字孪生的发展需要复杂系统建模、传感与监测、大数据、动态数据驱动分析与决策和数字孪生软件平台技术的支撑。在航空航天领域，数字孪生可应用于飞行器的设计研发、制造装配和运行维护。重点讨论了应用机身数字孪生进行寿命预测与维护决策的案例，相比于周期性维护，具有检修次数更少、维护成本更低的优势。最后，给出了数字孪生在空间站、可重复使用飞船的地面伴飞系统中的初步应用框架。     

基于数字孪生的自动化立体仓库货位分配优化方法

自动化立体仓库是智能生产线中的重要单元,可以实现实时库存信息的准确查询,其使用效率直接关系到智能生产线的生产效率。针对智能生产线中的自动化立体仓库货位随意分配,以及分配智能化水平低导致航空航天产品生产效率低下的问题,提出一种基于数字孪生的自动化立体仓库货位分配（Storage location assignment,SLA）优化方法。首先,采用数据驱动的数字孪生体多维度融合建模方法构建自动化立体仓库数字孪生多维模型;其次,对自动化立体仓库数字孪生系统通信机制及信息交互原理进行研究与分析,以出库效率（结合工艺）、货品相关度、货架稳定性为目标建立货位分配数学模型,提出一种改进的启发式蚁群（Improved ant colony optimization,IACO）算法对模型进行优化,将得到的货位信息集成到自动化立体仓库数字孪生系统并映射到物理实体;最后,通过试验证明该方法能够满足立体仓库基于工艺的物料出入库智能选择货位需求。该方法在智能生产线上的应用对航空航天产品实现智能制造、提质增效具有重要意义。     

对我国航天制造技术发展的探讨

在分析航天制造技术的重要作用及特征的基础上，总结了我国航天制造技术发展取得的成绩，剖析了现存在的主要问题，结合我国航天事业发展的需要，提出了发展航天制造技术需要重点采取的对策。     

空间制造技术研究进展

分析了空间制造技术的发展背景与技术特点，介绍了国内外空间增材制造技术、空间焊接技术的发展情况，总结了相关领域的研究热点。包括非金属与金属空间增材制造工艺、装备的发展现状，空间电子束焊接、固相焊接等工艺与装备研究进展等。论述了我国空间制造技术研究的发展方向。研究结果可为我国空间制造技术研发提供参考。     

UG在高速加工中的应用

高速加工(HSM)具有许多优点，被广泛应用在航空产品的数控加工中。但是使用高速加工技术，不仅要有适合高速加工的设备，选择适合进行高速加工的刀具，更为重要的是选择合理的编程策略。任何编程策略的不合理都会造成严重的后果。所以数控编程一直是高速加工的重点和难点。以UG软件为研究对象，作者提出了实现高速加工的数控编程的策略，并使用高速铣雕设备对生成的NG代码进行了加工，加工结果验证了NG代码是正确的、合理的。说明了采用合理的加工策略，使用UG软件可以实现高速加工的编程。     

高分子增材制造技术对我国航空制造业的发展影响研究

全球范围内,经权威机构正式认证的飞机金属增材制造零件数量目前仅两例;而高分子材料增材制造零部件,在波音飞机上正式使用已近20年之久,累计总量在10万件以上。将增材制造技术与航空产业进行深度融合,做好统筹规划与顶层设计,同等程度地重视用金属和高分子材料增材技术直接进行航空器零部件的制造,是促进产业健康可持续发展的关键环节。     

飞机制造工艺信息系统关键技术研究与实现

研究了飞机制造工艺信息系统的关键技术,包括基于架次的以工艺组件为核心的MBOM管理、AO/FO动态图形工艺设计界面的实现、以AO为核心的飞机装配工艺规划、基于FO的飞机零件制造管理.飞机制造工艺信息系统已在生产中实际应用.     

航空机载产品多品种小批量生产方式下的组织与管理

对多品种小批量生产方式下的航空机载产品的生产类型、特征及管理重点进行了分析,介绍了适用于多品种小批量生产方式的成组技术、柔性制造、精益制造与管理等现代生产组织管理思想。     

数字化导管加工与常规导管加工对比浅析

通过数字化导管加工与常规导管加工在协调方法、工艺过程、检测方法等方面对比分析,得出数字化导管制造可以缩短制造周期、降低生产成本的结论,能够适应现代飞机快速研制及改型需求,形成现代飞机导管制造核心竞争力。     

基于超声研磨的超精密加工

在分析现有利用新原理的超精密研磨方法的基础上,提出了基于超声研磨的超精密加工方法,阐述了超声研磨的基本工作原理和特点,并进行了初步的对比试验研究。     

基于网络的可重构制造资源优化配置平台

针对网络化制造中的资源动态快速重组问题,提出了基于物理制造单元的制造资源信息建模,依据该模型建立了分布式网络化制造资源库;研究了面向CAPP的制造资源预配置及其实现方法和以时间、质量、成本为约束的制造资源优化配置及其实现方法。     

飞行器结构用复合材料制造技术与工艺理论进展

复合材料结构制造工艺是复合材料应用的关键,也是结构设计得以实现的关键。复合材料制造工艺的特殊性和复杂性,使其成为了结构可靠性、制件质量和成本控制的核心技术。近些年来,随着先进复合材料在航空航天领域的广泛应用,复合材料制造技术与工艺理论得到了很大发展。本文即围绕飞行器结构用复合材料,归纳作者掌握的资料,结合作者近期研究成果,介绍先进复合材料制造技术与工艺理论的国内外研究进展,阐述复合材料工艺质量控制的主要方法,展望复合材料制造新技术的未来发展方向,以期促进我国航空航天领域复合材料用量与应用水平快速提高。