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.     

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。     

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。     

航空发动机数字工程初步研究与发展思考

新时代中国社会经济和工业体系的高质量发展,对航空发动机的研制提出更高要求,迫切需要借助数字工程系统化提升产品敏捷研发能力、夯实自主研制基础和提高客户满意度。本文分析了国外数字工程实施现状和发展趋势,结合中国航空发动机行业数字化建设基础,提出了航空发动机数字工程总体技术框架,初步定义了数字工程在航空发动机全生命周期内的应用场景,对航空发动机数字工程建设的关键技术进行了初步识别和分析。在建设实施层面提出了逐步推行先导试点项目、构建数字化生态和文化、统筹算力支撑、加强仿真采信等发展建议。     

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。     

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。     

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。     

移动工业机器人在飞机装配生产线中的应用研究

在总结移动工业机器人在飞机装配生产线等航空制造场景典型应用的基础上,重点分析了移动工业机器人多传感器融合的同步定位和建图、移动机器人导航控制、机械臂精度控制和数字化测量等关键技术,并对未来航空领域移动机器人的人机协作、多传感器数据融合、智能规划与决策、数字孪生体系等发展趋势进行了阐述.     

数字化虚拟制造技术的研究与应用

随着计算机软、硬件技术的发展,数字化技术的应用越来越广泛,其领域涉及到医疗、军事、制造等行业。文章论述了数字化虚拟制造技术的概念及国内外发展现状,分析了研究该技术的目的和意义,重点讨论了数字虚拟制造技术在我公司的研究与应用。     

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。     

面向航空发动机研制的数字孪生定义研究

数字孪生是21世纪诞生的一种技术体系和工作模式,目前已经在学术界、工业界和官方研究机构得到广泛研究和实践应用。为了在航空发动机研制中准确运用数字孪生,就必须明确其定义及内涵。在前期通过文献统计分析得到数字孪生定义模型的基础上,对不同研究视角下的典型定义进行分析、归纳,明确数字孪生的核心要素,以及不同要素的相互关系、在数字孪生中的作用。以此得到面向复杂装备研制的数字孪生定义,并结合航空发动机研制的特定实践,将之具象化为航空发动机研制的数字孪生定义。结果表明：面向航空发动机研制的数字孪生定义核心要素是发动机实体、孪生模型、数据和交互,数字孪生以航空发动机实体为实现载体,以孪生模型为实现功能的核心,以数据和交互作为媒介和推动手段,最终达到提高航空发动机质量、保障航空发动机运行的目的。     

数字技术在军用飞机研制中的应用

介绍了数字技术在国内外的应用现状和工作流程;总结了数字样机的实现过程和效果;分析了数字技术的特点和关键技术;详细研究了数字化设计、数字化制造和数字化管理技术在我国军用飞机研制过程中的应用情况以及所取得的成果。     

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。     

飞机智慧维修的思考

正新一轮科技革命和产业变革正在重塑全球经济格局,第四次工业革命利用物联信息等数据化不断催生着企业的智慧化转型。在航空维修领域也不例外,一些行业专家已开始逐步探索VR、AR、AI等智慧新技术在飞机维修方面的应用,但囿于飞机适航标准要求和维修工作复杂程度较高,智能化应用与飞机维修行业的结合一直处于若即若离的状态。为此,本文尝试从智慧终端和智慧管理两个维度定义智慧维修,提出智慧维修(I-MRO)概念以及关联的数字孪生管理理念,并对智慧维修的未来应用场景展开设想。     

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。     

压气机数字孪生模型中的仿真技术探索

仿真技术是构建压气机数字孪生体的一种重要手段。为了满足数字孪生过程中准确性和实时性要求,给出了压气机数字孪生模型中的数值模型完备性分析,探索了一种将高性能计算与全环非定常模拟相结合的压气机孪生仿真技术。采用数值完备性定义某S弯进气道中涵道风扇的数字孪生体,从边界条件完备性与几何模型完备性方面分析了不同数值模型对涵道风扇数值孪生结果的影响;再结合现代高性能计算技术提出了一种压气机数字孪生过程中的高效计算技术,并针对某15级压气机开展了多级全环非定常模拟仿真计算。结果表明：满足压气机数值模型完备性要求是实现压气机数字孪生体准确性的前提,同时采用2层次计算模型的高效计算技术是获得压气机孪生模型的一种有效手段。