【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)、云制造、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用與落地,制造業(yè)面臨向智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。目前車(chē)間制造過(guò)程中,基于信息空間的要素管理、生產(chǎn)計(jì)劃、過(guò)程控制等已經(jīng)成為可能,但是物理空間與信息空間缺乏互聯(lián)互通與交互融合,相關(guān)活動(dòng)的預(yù)見(jiàn)性、聯(lián)動(dòng)性不足,未能滿(mǎn)足智能化的發(fā)展需求。數(shù)字孿生作為提高生產(chǎn)智能性的有效辦法,能夠優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍、提高效率、增加生產(chǎn)靈活性,但是目前對(duì)其研究處于初步探索階段,如果能建立完善的數(shù)字孿生生產(chǎn)線(xiàn)描述模型,就能為促進(jìn)制造車(chē)間物理空間與信息空間交互共融提供有力支持。針對(duì)上述問(wèn)題,本文重點(diǎn)研究基于物理數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)建模方法。主要的研究工作如下:(1)數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)行機(jī)制與模型架構(gòu)的研究。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)相關(guān)理論,研究全生命周期中數(shù)字孿生的內(nèi)涵和特征,基于車(chē)間生產(chǎn)制造與數(shù)字孿生的相關(guān)特性,分析提出數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的概念、組成及主要特征,在此基礎(chǔ)上研究數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)行機(jī)制,構(gòu)建數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)模型架構(gòu),為基于物理數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)建模提供理論基礎(chǔ)。(2)基于物理數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)建模方法研究。對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)多源異構(gòu)的物理數(shù)據(jù)和制造資源進(jìn)行分類(lèi)描述和詳細(xì)分析,采用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建沖壓生產(chǎn)線(xiàn)物理數(shù)據(jù)模型�；诒倔w模型從制造資源、生產(chǎn)任務(wù)、制造過(guò)程三方面進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)知識(shí)庫(kù)的建立和數(shù)字化描述,為孿生車(chē)間的智能應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持,基于三維虛擬模型分析沖壓生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)行為并且封裝其運(yùn)動(dòng)邏輯,構(gòu)建沖壓生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)字信息模型。研究物理數(shù)據(jù)模型與數(shù)字信息模型之間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系,從而建立基于物理數(shù)據(jù)的沖壓生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)字孿生模型,實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)物理空間和數(shù)字空間的信息交互。(3)數(shù)字孿生知識(shí)信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。基于提出的數(shù)字孿生沖壓生產(chǎn)線(xiàn)模型,依托某企業(yè)沖壓生產(chǎn)線(xiàn),結(jié)合Web框架設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)字孿生知識(shí)信息服務(wù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基于物理數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生虛擬建模方法。該系統(tǒng)面向需求提供沖壓生產(chǎn)線(xiàn)基本信息、數(shù)字孿生知識(shí)信息,且能夠?qū)崟r(shí)查看生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度、生產(chǎn)過(guò)程信息等。
【圖文】：

虛擬化是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，是指在虛擬場(chǎng)景下描述對(duì)象而不是真實(shí)的場(chǎng)景，以便簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化解決方案，提高效率。隨著制造與信息的深入融合，人們對(duì)“虛擬化”也有了進(jìn)一步的理解與定義。如今有網(wǎng)絡(luò)虛擬化、產(chǎn)品虛擬化，數(shù)字化建模、封裝服務(wù)、數(shù)字孿生也是一種虛擬化[54]。數(shù)字孿生，如圖 2-1 所示，也被叫做數(shù)字鏡像、數(shù)字雙胞胎、數(shù)字映射。它是充分融合孿生數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多領(lǐng)域、多尺度和多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間完成映射，反映對(duì)象的全生命周期過(guò)程[55]。Grieves[7]于 2003 年提出數(shù)字孿生概念，，將其定義為特定產(chǎn)品的數(shù)字化復(fù)制品，能夠準(zhǔn)確地表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息并加以集成，并形象地仿真生產(chǎn)環(huán)境。Boschert 等[56]認(rèn)為數(shù)字孿生是物理對(duì)象的忠實(shí)映射，且能夠基于不斷豐富的模型優(yōu)化物理對(duì)象。Schluse 等[13]認(rèn)為數(shù)字孿生的真實(shí)物體與虛擬物體之間的交互能力使其在物聯(lián)網(wǎng)中扮演智能化核心的角色。陶飛等[19,20]認(rèn)為數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界實(shí)時(shí)交互和融合的一種有效手段，基于此提出了數(shù)字孿生車(chē)間的實(shí)現(xiàn)模式，討論了孿生車(chē)間物理世界和信息世界交互共融的理論及實(shí)現(xiàn)方法。

圖 2-2 數(shù)字孿生作用于全生命周期生產(chǎn)制造階段是將虛擬的產(chǎn)品設(shè)計(jì)變成真正的物理產(chǎn)品。此時(shí)會(huì)確定具體使用哪些物料、人員、設(shè)備、工藝等來(lái)制造出滿(mǎn)足需求的產(chǎn)品。在制造過(guò)程中涉及海量的數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)要素信息、加工過(guò)程信息和生產(chǎn)任務(wù)信息等，海量的數(shù)據(jù)難以管理往往造成資源浪費(fèi)，信息難以同步，生產(chǎn)效率低下。將制造階段各物理對(duì)象以數(shù)字化方式表達(dá)，封裝成知識(shí)、屬性，可以對(duì)資源、工藝和調(diào)度等信息更好的管理；對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行仿真，迭代優(yōu)化使得投入生產(chǎn)的計(jì)劃最優(yōu)大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗。銷(xiāo)售階段要綜合產(chǎn)品性質(zhì)與市場(chǎng)、群體、價(jià)格等因素進(jìn)行考量，以說(shuō)明書(shū)廣告等方式宣傳產(chǎn)品的感知價(jià)值。服務(wù)涉及產(chǎn)品的技術(shù)支持和服務(wù)。在此階段以用戶(hù)反饋的形式收集產(chǎn)品帶給用戶(hù)的感知價(jià)值，用以后期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)�；厥针A段從環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)制造等角度出發(fā)，考慮零部件的可重用性、報(bào)廢零件對(duì)環(huán)境的影響等因素。同樣在售服階段利用數(shù)字孿生虛擬化手段將宣傳、服務(wù)、回收等數(shù)字化，提高效率的同時(shí)加強(qiáng)了用戶(hù)體驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG386

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本文編號(hào)：2613794