数字孪生车间——一种未来车间运行新模式

随着新一代信息技术(如云计算、物联网、大数据、移动互联、人工智能等)与制造的融合和落地应用,世界各国相继提出了各自国家层面的制造发展战略。代表性的如工业4.0、工业互联网、基于CPS的制造、中国制造2025和互联网+制造、面向服务的制造或服务型制造等。这些战略虽提出的背景不同,但其共同目标之一是实现制造的物理世界和信息世界的互联互通与智能化操作,其共同瓶颈之一是如何实现制造的物理世界和信息世界之间的交互与共融。针对这一难题,基于数字孪生(Digital Twin),提出了数字孪生车间(Digital Twin Workshop)的概念,阐述了数字孪生车间的系统组成、运行机制、特点、关键技术等。在此基础上探讨了基于车间孪生数据的车间物理世界和信息世界的交互与共融理论和实现方法。

大学生创业孵化园发展策略研究——基于赛博(杭州)创业工场的思考

大学生创业孵化园是集企业孵化、研发创新、人才培养为一体的服务平台,有利于引导和鼓励大学生自主创业,提高大学生创业能力。作为由民营资本投资,以科技型产业为引领、大学生创业为主的综合性和专业性创业孵化基地,赛博(杭州)创业工场的服务特色为"创业导师+天使投资+债权基金+风险担保+服务平台",其迅速发展的同时不可避免地在发展定位、创业者能力、导师制对接、风险投资环境以及社会资本等方面存在问题。因此,有必要结合大学生创业孵化园实际,在发展定位、政策支持、创业能力、融资服务平台以及创业环境等方面下功夫,以促进大学生创业孵化园生态链的形成,保证大学生创业持续发展。

基于信息物理系统的环锭纺纱智能车间温度闭环精准控制方法

环锭纺纱智能车间的温度对纺纱工艺和成纱质量有很大影响,需要精准控制其波动。提出基于信息物理系统的环锭纺纱智能车间的温度控制方法,通过对环锭纺纱温度大数据的分析,形成对空调出风量、加热量等的调节策略,实现温度闭环精准控制。首先,提出温度闭环精准控制架构,该架构分为物理层、通信层、信息层和控制层4层;其次,建立温度闭环精准控制模型,通过数据分析形成温度精准控制策略;最后通过案例仿真智能车间的气流场和温度场,并对实测平均温度值与模拟温度值作对比。结果表明,所实测平均值和模拟值相比偏差不超过±0.62℃,所提方法可以将智能车间温度精准控制在2℃内波动。

离散车间制造物联网及其关键技术研究与应用综述

物联网在制造领域的深度渗透和落地应用催生了一种以"物物互联、泛在感知"为特征的新型制造技术—制造物联网。在解析制造物联网基本概念、特征和应用需求的基础上,以多源制造数据的感知、传输、分析和应用为主线,阐述了面向离散车间的制造物联网关键技术;通过分析国内外制造物联网技术的相关应用研究文献,分别从车间制造资源管理、生产过程调控、车间物流优化、质量监控与追溯、智能服务与保障5方面,总结了制造物联网在离散车间的应用模式;基于制造物联网核心技术的应用和发展需求,以及与云制造、大数据、信息物理系统的紧密关联,探讨了智能制造背景下制造物联网的未来发展趋势。

面向智能制造的柴油机数字化车间构建与实施

数字化车间技术是数字化、自动化、物联网技术(IoT)在制造业车间的典型应用,它将柔性制造技术与工艺设计系统、智能识别技术、生产组织系统以及其他管理系统的信息进行高度集成,构成具有综合信息流及自动化性质的集成制造系统。本文结合国内柴油发动机行业智能制造生产线建设的先进经验,研究了面向智能制造的柴油发动机数字化车间建设的基本需求、总体框架和构建策略。采用柴油发动机企业的实际项目案例说明了研究内容,并结合已经建成的数字化车间对其效率进行分析和对比,以及针对现有生产线数字化建设中存在的问题提出了进一步优化的思路和方法。

智能车间系统下面向加工深度分析的聚类应用

为兼顾系统对数据"实时性"与"海量性"的要求,提出一种具有实时数据库与历史数据库的智能车间系统架构并着重论述采集层实现方案。为平衡系统代价与应用性能,完成理想模型向加工环境的转换,提出一种以理想平台实验、仿真对比实验、验证性实验为核心的(ISVE)系统应用开发模式,并提出一种生产参数分析应用模型,通过运用自适应滤波、小波包分解、模糊逻辑等方法处理加工过程中主轴进给方向加速度信号实现矩形铣削平面深度的批量识别。最后以该模型为例,展示了车间智能应用的开发过程,证明了ISVE开发模式的有效性。

经编车间过程监控与生产调度

为解决经编车间监控手段落后而导致车间管理人员难以实时掌握车间生产情况的问题,在分析经编车间生产过程特点的基础上,设计开发了基于信息物理系统(cyber-physical system,CPS)的车间两级监控与生产调度系统。建立经编机信息模型对应物理实体,并赋予数据深刻内涵。采用BP神经网络构建了经编布织造时间预测模型,用以预估生产交期。提出一种改进遗传算法,利用监控系统的数据求解生产订单排程,辅助解决经编车间生产决策问题。应用该系统后,员工生产积极性与设备利用率均有所提高,且操作工人数减少10%,产能提高2%。

基于数字孪生技术的船舶管件加工智能车间研究

数字孪生技术的研究成果在智能化制造领域得到推广应用。这已经引起国内外相关学术界与企业的高度关注。为研究数字孪生技术与智能车间生产融合应用效果,以船舶管件加工车间为研究对象,分析了传统管件加工车间的生产特点。采用数字孪生技术,建立了从管材入库、上料、管线切割、打磨、贴标、焊接到管零件制作完成的数字模型,创新构建了虚实结合的智能管件加工车间实时监控与反馈的信息技术架构。通过先在数字空间对虚拟工作流程的仿真优化,再将优化方案应用于直管产线的方式,大幅提升了管件加工车间的运行效率,提高了产品质量。研究表明,面向复杂智能制造产线,构建数字孪生空间可以有效打通制造执行、企业管理、物联网等系统,虚拟流程的仿真优化结果可以实现对实际产线工艺的指导和优化。

船体零部件制造数据模型研究

信息物理系统作为驱动传统行业智能化转型的核心技术集群,是我国推进再工业化战略的核心内容,也是未来国际竞争的重点方向。本文通过对船体零部件制造数据模型的研究,阐述了该数据模型研究在CPS建设中的重要性,为CPS在船舶行业的推广和应用提供数据模型的支撑。本文基于已有的工业生态模型,形成了以小组立智能车间生产线为例的数据模型。经过实际生产检验,此数据模型的是适用、有效的。

车间智能制造CPS智能服务平台技术研究

随着智能制造技术的快速发展,建设智能制造车间成为企业智能制造系统建设的基础。与此同时,信息物理系统作为智能制造系统建设的核心内容,成为制造企业重点关注的问题。文中首先对信息物理系统的机理和构成进行了阐述,之后基于智能制造车间建设的层次结构,从信息物理系统的角度,提出了一种车间智能制造信息物理系统智能服务平台的技术框架,并对平台相关的实现技术进行了研究,旨在通过所提出的架构为车间智能制造系统建设提供统一的管控平台解决方案。

基于CPS的车间设备物联网架构及技术研究

设备互联和信息互通是车间智能制造系统建设的两个典型特征。随着物联网技术的发展和广泛应用,基于物联网的智能车间设备互联技术受到越来越多的关注。针对制造企业的智能车间设备互联问题,基于CPS实现原理和物联网参考架构,提出了一种智能车间设备物联网系统的总体架构,并对系统实施技术进行了研究,所提出的方法为智能车间设备互联提供了一种参考解决方案。

信息物理系统泛在连接关键技术研究

通过研究无线射频识别、信息传感、工业以太网等信息物理系统泛在连接关键技术,并深入分析船舶制造车间的网络连接需求,提出泛在连接技术在船舶制造车间应用的三层技术架构,为船舶制造业向智能化转型奠定基础。

个性化定制车间生产-物流协同调度框架与算法研究

为解决个性化定制车间生产-物流协同动态调度问题,提出一个完全反应式调度信息-物理系统框架。在该框架基础上,提出一种“单步”调度算法并重点设计了一个综合考虑客户满意度、设备利用率与能耗的任务优先级计算规则。由于“单步”调度算法每次只考虑当前一步的生产或物流任务的调度,生产-物流协同能力较弱,所以为了弥补该缺陷,又在其基础上提出一种综合考虑生产与物流两步任务调度的“双步”调度算法。针对车间内可能发生的设备故障等扰动,设计抗扰动机制以增强两算法的抗扰动能力。仿真试验结果表明,“单步”调度算法虽然优于传统调度规则但却不如“双步”调度算法;后者能在一定扰动情况下,更好地配置生产与物流资源,且在“工件平均提前/拖期成本”指标上表现尤为出色,更能适应个性化定制场景。