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。     

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。     

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。     

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。     

基于数字孪生的飞机机体曲面重建与偏差分析

提出一种基于数字孪生的飞机曲面重建与偏差分析方法.首先对实体数据进行处理,包括数据采集,点云数据网格化与坐标对齐,基于特征的点云数据区域划分;结合NURBS法设计孪生模型重建方法,并进行模型检测.对提出的方法进行实例应用,检验方法的可行性,经验证该方法具备一定的应用价值.     

基于BP神经网络的飞机装配车间异常事件预警

在飞机装配现场工作中,因为车间人员流动、设备故障、物料短缺或者工艺等因素影响,常常造成工作未能按计划进行,甚至造成工作等待等异常事件。在综合分析飞机装配车间异常事件的原因后,基于4M1E方法(人、机、料、法、环)分析异常事件影响特征因素,并利用BP神经网络建立飞机装配车间异常事件预警模型,实现对车间异常事件的分类预警,支持企业及时、快速地对异常事件做出响应。最后利用上海飞机制造有限公司装配车间异常事件数据对本模型的应用进行验证,结果显示该模型有很高的检测正确性,可用于飞机装配车间实际应用。     

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。     

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。     

数字孪生-群智感知驱动的飞机大修生产态势分析与优化运行方法

针对飞机大修生产小批量、个性化以及过程不确定等引发的问题,面向飞机大修生产过程感知与优化运行,提出数字孪生-群智感知驱动的飞机大修生产态势感知框架,设计了包含大修生产数字孪生子系统、大修生产群智感知子系统和大修生产业务子系统的飞机大修生产态势分析与优化运行系统,并以对飞机大修生产影响显著的应用问题进行了应用分析,为飞机大修个性化生产分析与优化提供了框架与方法。     

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。     

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...     

基于数字孪生的无人机状态监测方法

当今无人机产业迅速发展,无人机状态监测对保障无人机的正常运行至关重要。依据数字孪生的构建框架,分别对无人机的物理模型、几何模型、行为模型、规则模型和数据模型方面进行构建,实现了具有实时交互能力的无人机数字孪生模型,从无人机的物理实体、数字孪生体与无人机的数据信息等方面出发,构建了一种实时数据驱动的无人机的数字孪生模型。并依据无人机机翼主梁的光纤应变传感器数据对主梁承受的载荷进行统计,根据雨流计数法成功计算出主梁所受的载荷大小,实现了对无人机状态的实时监测。     

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。