面向分层透明管控的飞机总装线数字孪生系统

为解决飞机总装生产线业务系统集成度差、装配过程不透明、异常处理不及时等问题,提出一种面向分层透明管控的飞机总装线数字孪生系统。基于系统需求分析,提出物理层、孪生数据层、孪生模型层、应用层4层系统架构,设计并实现面向多维数据集成的孪生数据库构建、面向透明可视的总装线数字孪生建模、面向现场异常处理的融合式分层管控三大核心功能模块。实际应用表明,该系统满足总装生产线多层次、多维度、多角色分布远程可视监控与综合分析的管控需求,可有效提升飞机总装的数字化、透明化水平。     

基于数字孪生的智能脉动管控

为提升飞机总装脉动生产线智能化水平,开展了基于数字孪生的智能脉动管控研究。基于数字孪生五维模型理论构建了飞机总装脉动生产线数字孪生应用架构,从反应式计划调度、物流精准配送、智能作业指导、产线健康监视、资源迭代优化配置5个方面开展了技术研究,为复杂产品装配的智能制造应用提供参考。     

基于数字孪生的智能脉动管控

为提升飞机总装脉动生产线智能化水平,开展了基于数字孪生的智能脉动管控研究。基于数字孪生五维模型理论构建了飞机总装脉动生产线数字孪生应用架构,从反应式计划调度、物流精准配送、智能作业指导、产线健康监视、资源迭代优化配置5个方面开展了技术研究,为复杂产品装配的智能制造应用提供参考。     

机翼结冰生命周期的数字孪生软件系统

飞机巡航中的机翼结冰情况是关系到飞行安全的重大实际问题之一,如果能够实时监测甚至根据环境提前预测机翼结冰过程和状况,对改进机翼防除冰设计、规避飞行危险都具有重大意义。数字孪生技术作为5G信息时代中新兴的技术,为物理过程的虚拟呈现提供了新的思路与解决方案、同时数字孪生技术结合人工智能等技术,同样可以应用于飞机巡航中机翼结冰物理过程,对实时监测与预测提供了新的技术保证。从数字孪生的角度出发,以机翼结冰神经网络模型为切入点,设计实现了一款基于数字孪生和人工智能技术的巡航中机翼结冰二维过程快速呈现软件系统。软件获取飞机巡航结冰参数与飞行参数,运行结果能够利用动态显示方式,呈现飞机巡航中机翼结冰全生命周期。     

数字孪生车间在复杂产品装配过程中的应用探索

数字孪生车间以数字孪生技术为核心,能有效解决车间内物理空间与信息空间融合的瓶颈。阐述了当前复杂产品装配过程的特点,提出了实作装配体模型的概念,以及包括物理实体层、模型数据层、迭代分析层、协同服务层的复杂产品装配数字孪生车间的整体框架,研究了以装配体修正模型为核心的装配过程调控方法和数字孪生装配车间的运行机制。在此基础上分析了数字孪生车间对装配过程效能提升的促进作用,为复杂产品装配车间的改进提供了新的思路。     

基于数字孪生技术的准确度检测平台开发及应用

面向飞机结构件高精密和智能化准确度检测的需求,采用数字孪生方法及关键技术,以Unity 3D作为平台开发环境,通过搭建数字化模型,结合传感技术和物联网技术,开发了基于数字孪生技术的飞机结构件准确度检测平台,即DT-MEAS数字孪生平台。为数字孪生技术在航空制造业的应用提供了新的模式与方法。     

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。     

基于数字孪生的飞机型架可视化装配工艺设计

装配型架是飞机机翼、机身等部件装配普遍采用的装配工艺装备,具有远高于其他所装配飞机部件的装配精度要求。本文以某型号飞机部件装配型架为研究对象,面向装配工艺装备精确安装需要,应用数字孪生技术的相关技术理念,构建基于数字孪生的装配过程模型,综合考虑与型架装配过程关联的人员、工具、标准、检验要求等相关构成元素,规划型架装配过程并进行仿真验证,以可视化装配工艺指令指导实际装配过程,并通过建立数字空间与物理空间的关联实现信息交互与反馈。     

航空发动机脉动式装配生产线工艺仿真关键技术研究

面向国内民用航空发动机总装批产能力建设的需求,对标国内外先进脉动式装配生产线的研发进度和实施状态,在建设规划阶段,提出了脉动式总装生产线的工艺仿真方案。阐述了脉动式总装生产线工艺仿真的主要技术内容和关键技术方向,重点对关键技术的解决方案和实施途径进行规划,包括装配网络图建模及优化、车间工艺布局及生产仿真、基于二三维关联集成仿真的虚拟产品制造,最后对脉动式生产线数字孪生体进行了展望。     

数字孪生技术在飞机设计验证中的应用

随着工业4.0技术的发展,数字孪生技术正在不断渗透到工业生产和新产品研发的各个领域,并为新产品研发带来综合性能整体优化、研发成本降低、研制周期缩短等优势,是提升新产品市场竞争力的重要手段。在现代民用飞机研发过程中,从型号需求、初步定义、详细设计、生产试制、试飞取证和运营维护等产品全生命周期内,都可以利用数字孪生技术,实现虚拟和物理的无缝对接,尤其在飞机设计验证方面,更可以做到更优、更广、更快、更省。然而,在我国民用飞机研制项目中,还未形成数字孪生应用体系。本文通过对飞机架构模型设计、多模型构架集成以及模型参数辨识和验证几个方面,对数字孪生技术在飞机设计验证过程中的应用技术进行了探讨。经研究发现,数字孪生技术对飞机型号研制各阶段的设计验证,尤其是集成试验验证提供了重要的指导作用和技术支持,为民用飞机适航验证和运维服务提供了更快、更经济、更强有力的支持与保障。     

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。     

面向航空智能制造的DT与AI融合应用

针对航空装备复杂制造场景下制造过程管控维度多尺度大、制造资源组成复杂性高、质量问题跟踪定位难度大等问题，结合数字孪生（DT）与人工智能（AI）技术特点，开展了面向航空智能制造的DT与AI融合应用研究。基于数字孪生与人工智能应用现状，系统性地阐述了数字孪生与人工智能融合机理，分析了支撑数字孪生与人工智能融合驱动航空智能制造的关键技术和数字孪生与人工智能融合驱动的AI控制中心构建涉及的关键问题，在此基础上重点讨论了加工制造过程自适应控制、智能车间生产过程智能管控、制造过程资源调度与优化决策、产品智能质量控制等应用场景，为数字孪生与人工智能在航空智能制造融合应用提供参考。     

航天器制造领域数字孪生技术的探索与实践

从实现航天器单件、小批量生产质量、柔性、效率同步提升的需求出发，回顾了数字孪生技术的内涵和发展，提出了包含产品孪生-产线孪生的航天器制造系统数字孪生的基础模型和动态演化过程，提出了数字孪生在数据采集、同步建摸、系统评估和生产线重构等技术方面的实现方法，阐述了采用数字孪生的虚实互动机制提升的具体实现途径，并通过航天器产品生产的具体应用验证了有效性。     

面向工业机器人的数字孪生建模精度补偿方法

针对现有工业机器人智能装备建模感知监测精度缺失,依靠理论参数建模精度低等问题,本文以工业机器人铣削系统为研究对象,构建了高精度光栅尺实时测量机器人关节转角的数字孪生监测系统,避免了齿轮间隙、编码器丢码等关节转角误差对数字孪生建模准确度的影响;根据MD–H运动学建模方法建立了数字孪生驱动模型,采用L–M算法对工业机器人建模参数进行辨识修正,减少了机器人数字孪生模型中几何误差的影响;开发了数字孪生交互系统平台,用以监测、控制物理空间的工业机器人铣削系统的作业运动。利用辨识后的机器人关节参数构建的数字孪生模型,使得工业机器人铣削系统运动点位的建模精度从±1.6905 mm提高到了±0.3304 mm,提高了4.12倍,表明本文针对工业机器人数字孪生建模方法的正确性和建模参数辨识方法对建模精度补偿的可行性。     

飞机结构数字孪生关键建模仿真技术

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟仿真系统,采用在线传感器监测、离线地面检查、飞机运行历史等多源数据,反映并预测对应飞机结构实体在全寿命周期内的行为和性能,有望革新现有的飞机结构使用和维护模式。面向疲劳寿命管理,提出飞机结构数字孪生的5项关键建模仿真技术,分别是载荷和损伤的数据获取技术、多尺度建模和力学分析技术、含裂纹复杂结构的精确高效仿真技术、基于降阶的数字孪生高效建模技术和考虑不确定性与多源异构数据的剩余寿命评估技术,并详细探讨这五项关键技术的研究现状与发展方向,为飞机结构数字孪生的系统研究与工程应用提供参考。     

数字孪生模型在产品构型管理中应用探讨

针对MBD技术的深层次应用,论述了数字线和数字孪生定义的概念和应用,指出数字线和数字孪生模型技术实施的重点和核心问题。指明全三维产品研制模式下对产品构型管理的新需求,探讨了基于数字孪生模型的产品构型管理方法和包含产品构型信息的产品数字孪生模型本体表达,为全三维研制模式下的产品构型管理提供了可行的技术解决方案。     

基于数字线索和数字孪生的生产生命周期研究

新一代信息技术在制造业中深度应用,引发传统产品研发模式的变革。介绍了利用数字线索和数字孪生开展复杂产品生命周期业务过程建模与仿真、动态预测和评估,实现数字空间与物理空间虚实映射的产品规划与定义、模拟与分析、验证与确认的业务闭环。最后结合航空工业智能制造架构,给出在生产生命周期中的应用思路,以提升生产过程的数字化与智能化水平。     

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。     

基于数字孪生的设备加工过程监测技术研究

针对典型航空产品装配生产线的生产过程中缺乏有效的人机交互手段,设备实时运行状态可视化监控程度低等问题,提出了一种基于数字孪生的加工设备运行状态监测方法,包括模型构建与优化处理、NC程序解析与加工仿真、软硬件通信与数据传输和实时仿真与数据分析。最后在某航空发动机外涵机匣装配生产线验证了该方案,可以实现NC程序加工仿真分析、设备运行过程中状态的在线监测和实时三维仿真。