基于数字孪生模型的数字化电网能耗自动监测系统研究

当前使用的数字化电网中,存在感知终端种类较多,对于传统的能耗自动监测系统来说获取的数据传输实时性不足,导致监测结果出现偏差,为此设计一种基于数字孪生模型的数字化电网能耗自动监测系统。系统主要从硬件和软件两方面进行设计:在硬件设计中,根据不同的应用层次,设计系统的总体架构。主要对硬件中的无线通信网络进行搭建,选择基于LoRa无线通信技术的RTU设备作为通信主体。设计LoRa无线开关电路,实现ZigBee设备之间的无线数据传输和交换;软件设计中,设计能耗数据采集主线程,分析数字孪生模型映射交互关系,基于数字孪生模型与实际运行工况之间的映射关系实现能耗指标实时监测。实验结果表明,与传统系统相比,设计得到的检测结果与实际的能耗情况更加相符。

建筑表皮综合环境数字孪生模型构建及模拟平台

建筑表皮是多物理环境交互的接口,当前的建筑性能模拟软件多为针对单一环境的模拟,多环境联合模拟的工具平台较少。基于建筑运动几何学,遴选动态表皮的可控运动形式,提取24类动态表皮设计原型,建立面向控制的建筑表皮综合环境数字孪生模型,并结合案例对数字孪生模型及模拟平台进行应用验证。使用Python语言将模型封装成动态表皮综合环境模拟平台,针对不同表皮设计形式和环境场景模拟,可以快速直观地分析动态表皮的环境响应关系和性能。模拟平台融合了热环境、光环境、声环境和空气品质这四个综合环境,解决了建筑性能模拟软件无法多环境联合模拟的问题,从而满足对建筑表皮的仿真、预测、优化和控制等实际应用需求。

铁路智能客站数字孪生模型研究

铁路智能客站数字孪生模型是智能客站的重要组成部分,对于客运组织方案、设备配置及布局优化、安全应急等仿真具有重要意义。研究提出智能客站数字孪生五维模型,给出客站物理实体、客站数字孪生体、客站虚实连接、客站孪生数据、客站孪生体服务的内涵;设计客站孪生体服务的具体内容,包括可视化调度指挥、可视化监控运维等车站可视化服务,以及客运组织方案仿真、设备配置及布局优化模拟、安全应急仿真、环境舒适度调控仿真等模拟仿真服务;研究客站数字孪生体虚拟静模型与动行为模型建模关键技术。构建清河站数字孪生体并开展试验,验证可视化调度指挥、设备虚拟巡检、车站安全应急仿真等功能,实现清河站通过数字孪生体全面掌控车站状况。

自动化装箱线数字孪生模型构建方法

为提高生产线的工作效率和质量,提出一种自动化装箱线数字孪生模型。按照物理装箱及其工艺流程、虚拟装箱线3维模型构建、孪生数据的顺序,对装箱线数字孪生所需要的具体模型,以及孪生数据采集位置和内容、对物理装箱线数据的采集与传输方式、数据向虚拟装箱线模型发送与解析等方式进行详细描述,并对数字孪生模型在实际装箱线中的应用成效进行总结分析。该方法能实现对实体装箱线生产过程的实时监控和检测,并根据检测结果对现有的装箱线进行修正与优化。

改进边折叠算法的数字孪生模型几何轻量化设计

目的基于经典的边折叠算法,提出一种提高数字孪生技术中虚实映射关系实时性与稳定性的数字孪生模型几何轻量化方法,解决数字孪生模型占用内存大的难题。方法首先分析缝袋机器人码垛流水线的数字孪生模型的数据结构;其次基于经典的边折叠算法,引入二次误差度量作为边折叠代价,设计控制折叠因子,并运用多细节层次技术改进边折叠算法;最后设计四组对比实验进行测试。结果简化后的顶点数量平均减少了50.14%;简化后的文件所占用的内存降低了79.08%;符合数字孪生模型的几何形状误差要求并且大大提高了场景动画的帧率。结论笔者所提出的数字孪生模型几何轻量化方法大大减少了模型的几何图元,降低了模型文件所占用的内存,有效地改善了在数字孪生技术中虚拟产品和物理产品之间一一映射关系的实时性与稳定性差的问题,提升了场景实时渲染效果,保持了模型的细节特征和视觉效果。

智能化时代课程资源共建探析——以智慧水务数字孪生模型课程资源开发为例

本文聚焦学校水务特色办学优势,以智慧水务数字孪生模型课程资源共建为抓手,促进产教融合,通过“行校企、专业、教科研”三个维度交叉融合,共建资源、共享成果,通过“机制、技术、模式”三个维度协同创新,探究智慧水务数字孪生模型开发技术路径,解决教学难题,通过“共建、共享、共用”,为教师专业能力提升赋能,为数字化背景下的水务人才培养赋能,为水务行业数字化转型赋能。

浅谈数字孪生模型对水利基础工程设施的运行维护辅助

对数字孪生模型在水利基础设施运行维护中的辅助作用进行探究,该模型主要通过整合物理模型、传感器数据和历史运行数据,构建虚拟映射系统,实现对水利设施的全生命周期管理。以陕西省某水库为例,分析数字孪生模型在灌溉、水力发电、水库安全和防洪等方面的应用,展示该模型在提升运行效率、安全性、减少维护成本和降低运行风险方面的潜力。结果表明,数字孪生模型为技术人员提供决策支持,优化资源分配,提高水资源利用效率;但模型的建立和应用也面临挑战,包括数据采集与处理、模型构建等,但随着技术进步,这些问题有望得到解决。数字孪生模型在水利基础设施领域的应用,将推动水利设施信息化转型升级,为我国水利设施建设和管理提供有力支持。

基于空间结构关系的电力设备三维数字孪生模型管理体系设计

本文介绍一种基于空间结构关系的电力设备三维数字孪生模型管理体系的设计,该管理体系为电力企业提供了全面性和整体性的管理方法。其核心在于对电力设备的空间结构及设备结构进行划分,包括空间、设备、子系统以及它们之间的布局和相互关系。这种划分有助于更好地管理三维数字孪生模型,为实体对象的定位、监测、运维仿真和预测分析等不同应用场景提供数据支持。此外,管理体系还包括定期的数据维护和更新,以确保模型与实体对象状态的一致性,提高实体对象管理的效率和可靠性。

基于大坝施工的水下地形可视域拓扑特征与数字孪生模型

为实现更加顺利、安全的大坝施工,考虑在施工中应用可视化技术,设计一种基于大坝施工的水下地形海量数据数字孪生空间映射模型,实现三维地形的可视化.通过单波束测深仪测量大坝水下地形,完成大坝水下地形海量数据的采集.应用基于空间异性的数据三维插值建模方法对采集数据实施插值处理.考虑拓扑关系,构建大坝水下地形可视域拓扑特征表示模型,给出大坝水下地形可视域的分布描述.依据构建的DEM模型与水下地形可视域的分布描述,构建纹理空间与景物空间之间的映射关系和三维地形图与景物空间之间的映射关系,根据映射关系搭建数字孪生空间映射模型.测试结果表明,该模型的形变程度低于3%,初始加载仅花费了7910ms,细节加载中仅花费了1500ms左右,整体加载时间较短.

基于视觉增强检测的车间人员数字孪生模型快速构建方法

作为车间制造资源的基本组成单位,人员主观活动具有高度不确定性,数字孪生车间中人员位置和分布信息的获取一直是难点。从现实生产生活的迫切需求出发,构建了一种自适应车间人员识别网络,并基于人在回路思想对车间复杂环境的检测效果进行增强。实验证明,所提方法与已有的三阶段级联卷积神经网络相比,检测效率和准确率更高、自适应性更强,可以为数字孪生模型提供稳定准确的支撑。

面向大规模场景的数字孪生模型快速渲染方法

对包含大规模场景的数字孪生系统而言,孪生模型的渲染效率对于孪生系统动态实时性和交互性具有重要影响。针对现有方案在视锥体剔除和渲染框架上的不足,提出一种基于并行计算框架的数字孪生模型视锥体细粒度剔除快速渲染新方法,将模型剖分为含相同数量三角面片的子模型,根据子模型几何坐标构建相应大小包围体,进行视锥体细粒度剔除,减少渲染流程中模型数据规模。同时,将渲染流程优化和CPU/GPU协同处理相结合,在GPU中构建并行计算框架,将原本CPU中进行的视锥体剔除和计算移植到GPU,进行视锥体剔除和操作的并行计算,进一步减少CPU计算负担。最后,以断路器数字孪生车间系统为例进行验证,结果表明,CPU、GPU渲染时间分别减少26.52%、25.51%,系统平均帧率提高28.35%,有效提升了数字孪生系统的运行效率和交互性能。

面向复杂生产场景的数字孪生模型分布式渲染方法

针对生产线数字孪生场景模型数量庞大、逻辑关系复杂、运动模型状态多、动态信息量大,单机渲染方案难以满足逻辑计算与渲染输出的实时性要求,提出一种逻辑计算与实时渲染并行处理的分布式渲染方法。将场景数据分为逻辑数据和实时渲染数据,逻辑数据分布在控制端,渲染数据分布在渲染端,实现了多机并行渲染。以同步各渲染端动态模型的行为状态为切入点,设计了图形处理器多线程机制,实现了逻辑数据计算与运动实体同步判定计算;构建了包括车间状态数据、观察与投影矩阵等在内的同步数据包,结合主从同步数据传输与解析机制,实现了运动模型的快速精准同步。验证表明,在相同模型规模场景下,分布式渲染方法相比单机渲染可以将运行帧数由22.1提升至66.6,在不同模型规模下显著增加渲染帧数,明显提升渲染效果。

数字孪生模型在轴承套圈磨削加工中的应用

数字孪生模型能够有效地促进实际产品与产品模型间的虚实交互。针对调心滚子轴承套圈磨削过程中的磨削力,通过对磨削工作区各构件进行动力学与接触算法建模以及刚柔耦合处理,构建了轴承套圈沟道磨削加工数字孪生模型,完成了轴承套圈磨削工作区域在数字空间中的虚拟映射。并使用该模型对砂轮线速度、工件转速等工艺参数进行了分析与试验,证明了所构建数字孪生模型具有一定的有效性。该模型具有高保真性,可用于理解、预测和优化真实系统。

基于孪生模型的模块化多电平换流器保护

随着柔性直流输电技术的发展,模块化多电平换流器(MMC)由于其拓扑优势越来越受到关注。作为直流输电换流阀的主要元件,子模块与桥臂电抗器故障将对换流站安全稳定运行造成严重影响,现有差动保护均无法有效识别此类故障。文中提出了基于孪生模型的MMC保护原理,结合MMC的控制信息建立数字孪生模型,通过动态状态估计构建保护判据。所提保护方案能够准确检测MMC换流器故障,包括桥臂电抗器匝间短路故障、子模块开路故障及桥臂相间短路故障。根据保护动作类型提出两套保护判据。仿真结果表明,所提保护方案能够可靠地自适应辨识MMC区内故障,具有良好的速动性以及耐受过渡电阻能力。

老年公寓建筑数字孪生模型联合仿真疏散模拟方法

建筑数字孪生模型(BDT)是数字孪生(DT)应用到建筑业中与BIM结合的集成模型,能反映现实建筑运营情况.在数字孪生驱动下老年公寓消防安全和居住质量能得到进一步提升,因此提出一种老年公寓数字孪生模型联合仿真疏散模拟方法,用于老年公寓消防安全评估和设计优化.为验证方法可实施性,以大庆市某老年公寓为例,利用BDT模型和BIM分别进行仿真模拟,结果显示两者疏散时间相差较大,影响到其消防安全性判断,老年公寓BDT模型联合仿真模拟相比于其BIM模型单一空间仿真模拟,更能真实反映老年人群在火灾场景下疏散情况,根据方法框架得出算例老年公寓存在消防安全问题,提出消防改造和疏散优化策略并验证.

数字孪生模型评价指标体系

数字孪生作为实现数字化、智能化、服务化等理念的重要使能技术,以及助力数字经济与实体经济融合发展的有效手段,受到各行各业的广泛关注。随着数字孪生逐渐从理论研究迈向落地实践,在实际应用对数字孪生模型的要求更加多元的同时,对数字孪生模型性能的透明度也提出了更高的要求。然而,数字孪生模型在构建校验、运行管理、重构优化、迁移复用、流通交付等阶段缺乏系统性评价理论和方法指导,难以分析和量化数字孪生模型的质量、性能、适用性或共生性、适应性和价值,严重阻碍了数字孪生的深入推广和应用。针对上述问题,首先对不同阶段的数字孪生模型性能需求进行分析,在此基础上,提炼出8项数字孪生模型评价准则,进而构建了一套数字孪生模型评价指标体系,并给出了29项评价指标的量化计算参考方法,以期为数字孪生模型各阶段的决策过程提供参考。

基于数字孪生模型的 可配置装配偏差分析方法

飞机产品在实际部装和总装过程中对部件和组件的几何装配准确度有极高的要求,预测并控制飞机装配精度一直是航空工业持续研究的课题之一。针对数字孪生目前在装配仿真领域的应用,从几何装配准确度预测角度出发,提出一种基于数字孪生模型的可配置装配偏差分析方法。将产品离散点云和产品设计模型作为产品孪生模型的几何表达,使用点云约束配准理论实现零件数字孪生模型装配特征配合的位姿调整,并根据零件数字孪生模型不同的装配关系,构建出各类装配关系下配合零件间相对位姿变换矩阵的求解函数,并构建函数库。在三维尺寸链模型的基础上提出可配置尺寸链模型,实现尺寸链“即配即算”的快速求解效果。开发了一套可配置装配偏差求解系统,以某飞机舱门试验件为例,验证了该方法的有效性。

自复位学校建筑抗震韧性区域评估用数字孪生模型

在区域层面上对具有自复位模块结构的学校建筑进行抗震损伤和恢复力评估研究,建立了一个基于Python语言的从结构非线性分析到损伤程度可视化演示用的数字孪生模型。Python语言也是目前通用于机器学习模型训练的编程语言,方便在该数字孪生模型中引入人工智能模型来代替结构仿真计算,通过使用实时监测地震动和结构响应数据结合人工智能模型进行区域灾害响应和功能恢复快速评估。结构损伤和恢复力分析结果(如不同地震下修复成本、修复时间、不可修复的概率等指标)通过生成shapefile在地理信息系统(GIS)软件中进行三维可视化,从而对采用自复位模块结构的学校建筑结构群在区域范围上进行抗震韧性定量评估。该模型的计算模块包括区域建筑结构清单生成、简化数值模型建立、地震响应非线性分析、结构响应参数生成、建筑结构易损部件定义、地震损失概率模型评估以及区域灾害损失的结果输出。这里的基于概率模型的学校建筑结构地震损失评估采用了FEMA P-58方法,并使用了Pelicun软件包进行计算。以旧金山湾区近2000栋学校建筑作为案例,对假定使用偏心支撑框架自复位结构作为抗震结构体系的学校建筑群进行了抗震韧性评估,研究了通过采用数字孪生模型对新型结构模块系统在学校建筑群区域灾害响应和功能恢复的影响。研究中使用了简化结构模型来缩短震后损伤和功能恢复仿真运算时间,同时提出了通过采用人工智能模型来实现强震后实时预测建筑群震后损失,并通过研究偏心支撑框架自复位结构体系的能量耗散比这一参数变化对学校建筑结构恢复力指标的影响,演示了采用不同的结构设计对建筑结构群在区域层面上的抗震损伤和恢复力的影响。

基于产品数字孪生模型的产品信息测度研究

针对产品数字孪生模型中如何进行有效的信息测度问题,提出基于产品数字孪生模型的信息测度框架,并运用信息熵理论建立物理产品与虚拟产品之间的信息测度方法,分析产品供应链各相关方的评价型信息差异及物理产品和虚拟产品之间的信息传递。以动车车轴为例,验证了所建模型和方法的有效性。研究结论可以为产品数字孪生模型运用于产品形成各环节的信息一致性提供理论依据。

机加零件的数字孪生模型构建方法

提出了一种基于关键加工特征的零件数字孪生模型建模方法,并面向机械加工工艺优化和质量预测等应用需求,构建了包括几何层孪生模型、数据层孪生模型和孪生模型文件层的3层模型架构,实现了实物零件在数字空间的表达与理论加工特征的信息关联,分析了机加零件的数字孪生模型的潜在应用场景和发展趋势。