基于数字孪生技术的新型电力系统数字化

随着“双碳”目标的提出,大规模的清洁能源、电力电子设备和新型负荷将接入电力系统,传统的电力系统管理控制模式难以应对双侧随机性、波动性增强等问题,电力系统的安全稳定运行迎来巨大挑战。数字孪生技术作为重要的数字化手段,成为电力系统转型升级新方法。针对新型电力系统内在机理发生的深刻复杂变化,综述了数字孪生的发展历程以及其在电力系统领域的研究现状,并从新型电力系统数字化需求、数字建模方法、数字化平台建设3个层面研究了电力系统数字化转型进程。最终,提出了以数字孪生技术为核心的新型电力系统建模方法和框架。

数字孪生在农机装备远程操控的应用探讨

数字孪生是一种融合多种信息技术、促进虚拟与现实交互融合的先进理念。文章在深入探究数字孪生的概念与远程操控系统架构的基础上,阐述数字孪生在农机装备远程操控的实现路线,为提升农业机械化、自动化和智能化生产水平提供了新途径,为数字孪生赋能智慧农业和智能农机装备奠定理论基础。

基于数字孪生技术的工控网络设备可视化监控方法研究

现行工控网络设备可视化监控方法的应用效果不佳,不仅设备状态监测精准度低,而且网络设备超调量高。对此,文章提出了基于数字孪生技术的工控网络设备可视化监控方法,首先利用数字孪生技术建立网络设备虚拟模型;其次通过布设无线传感器采集设备状态数据并对其进行清洗处理;接着对网络设备数据进行虚拟映射,旨在对设备异常状态进行可视化监测及调控;最终实现基于数字孪生技术的工控网络设备可视化监控。经实验证明,该方法的监测精准度高于95%,超调量不足1%,可以实现对工控网络设备的精准可视化监控。

数字孪生在半导体测试设备中的实践

数字孪生作为智能制造关键技术在工厂极具实用价值。通过在半导体测试服务公司建立数字孪生系统,收集了探针台二十多万条报警数据。结果显示,超过90%的报警已通过数字孪生系统实现了远程控制解决。为探索报警处理的最佳方式,进一步优化数字孪生模型,并在模型中重现报警,通过模拟不同工况,与传统方式相比,人工操作数字孪生系统处理报警可使设备等待时间减少64%以上。若采用AI后台自行操作数字孪生系统,设备等待时间可继续降低78%。这表明人工对设备报警的反应时间是影响设备等待时间的关键因素,因此,深化使用数字孪生模型自动化处理报警可显著降低设备等待时间,提升设备综合利用率。

智能制造技术在机载武器制造中的应用

为提升机载武器企业生产效率和产品质量,对机载武器智能制造技术进行了应用研究。本文首先对国外先进机载武器企业智能制造发展现状进行了分析,然后根据机载武器生产特点,结合其对智能制造的要求,提出了机载武器智能制造的整体架构,并对架构中智能管控、智能装备、智能仓储物流等关键技术进行了研究。智能制造技术的应用,可推动机载武器生产企业的转型升级和创新发展。

数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统研究

针对掘进设备远程控制中存在的设备决策能力低,掘进效率不高,安全隐患大等问题,提出了一种数字孪生驱动的掘进机器人决策控制方法。通过分析对比当前数字孪生技术在煤矿领域的研究情况,设计了数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统体系框架,包含物理空间、虚拟空间、孪生数据、规划层、控制层、执行层6个模块,以实现虚拟样机自主规划决策,远程控制物理样机同步运动的目的。首先,结合虚拟现实技术研究了非结构化环境下的局部避障策略,建立掘进机器人运动控制模型与传感观测模型,利用激光雷达将巷道中的障碍物在虚拟环境中进行重建,采用Ray-Col方法进行机器人与障碍物之间的碰撞检测,为机器人的路径规划决策奠定基础;其次,结合深度强化学习技术研究了基于虚拟智能体的全局路径规划方法,提出了基于改进PPO算法的Muti-PPO算法,通过奖惩机制建立掘进机器人虚拟智能体,并在Unity3D平台中进行训练,训练结果表明Muti-PPO算法相比于PPO算法、SAC算法,平均奖励值分别提升了13.82%与11.31%;标准差分别下降了17.85%与16.81%;最高奖励值分别提升0.14%与0.43%,其性能在3种算法中达到最优;最后,搭建决策控制平台,将虚拟空间中产生的决策指令发送至物理样机的末端执行器,通过物理样机传感器数据驱动虚拟样机同步变化。根据系统的规划决策、双向映射与远程控制功能,设计路径规划试验与虚实同动试验对其进行验证。路径规划试验结果表明,在3种不同复杂程度的工况下,虚拟智能体路径规划结果与目标点的误差在1.2 cm以内,且能够将控制信息传输至物理空间中,远程控制机器人运动;虚实同动试验结果表明,在掘进机器人运行过程中,虚拟样机与物理样机保持同步运动,两者在巷道中的位姿均保持一致。该方法实现了“数据驱动、双向映射、碰撞检测、自主决策、人机协作”的无人化决策控制新模式,为掘进设备的智能化提供了新的思路。

复杂电子装备数字化车间发展趋势与实践

面对复杂电子装备车间高可靠、高性能、高柔性、高质量、高效率的生产制造需求,文中从体系架构、赋能技术、工业软件、智能装备以及示范工程等维度分析了国内外复杂电子装备数字化车间的发展现状,阐述了当前我国复杂电子装备数字化车间建设存在的不足,介绍了某复杂电子装备企业数字化车间建设探索与实践案例,并结合当前智能制造技术发展趋势,对“5G+工业互联网”、网络协同制造、数字孪生、绿色制造等技术在复杂电子装备数字化车间中的应用进行了分析和展望,旨在为后续该领域数字化车间新技术、新应用及新模式布局提供一些思路。

采用DEH对200 MW机组汽轮机调节系统的改造

荆门热电厂采用数字电液调节系统（ＤＥＨ）对５号机组原有液压调节系统进行改造，实现了汽轮机纯电调控制。通过对ＤＥＨ投运过程中出现问题的分析和处理，保证了ＤＥＨ各项功能的实现，改善了汽轮机调节手段，提高了机组自动化控制水平。

数字孪生-应对智能化综采工作面技术挑战

基于智能化综采工作面目标任务-自主完成综采工作面可靠割煤、保持工作面几何关系、顶板可靠支护,提出了综采工作面智能控制关键技术,包括采煤机定位技术、工作面可视化技术、液压支架电液控制技术(装置)、工作面通信技术、综采装备协同控制技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术和工作面围岩支护控制技术(其中前3种技术属于智能化综采工作面的感知与执行层,工作面通信技术是智能化综采工作面的传输层,后4种技术属于智能化综采工作面的决策层)。指出智能化综采工作面面临的挑战为决策层的自主决策能力不能适应复杂多变的工况、感知与执行层不能支撑决策层的信息需求和决策指令的可靠执行。针对上述挑战问题,采用基于仿真的数字孪生建模方法,提出了综采工作面数字孪生系统架构。综采工作面数字孪生系统虚拟实体包括机理模型和行为模型,利用综采装备机理模型可获得综采装备物理系统的不可测数据,行为模型可为综采工作面智能控制系统提供反映物理装备运行状态的全息信息,解决决策层数据信息匮乏问题;综采装备机理模型与其控制系统组合的离线运行模式形成综采工作面硬件在环仿真系统,为基于工艺规则的智能控制算法提供测试平台;综采装备机理模型、行为模型与其控制系统组合的离线运行模式形成综采工作面计算实验系统,为综采工作面智能控制系统真正的自主决策复杂算法开发提供测试平台。

新型电力系统背景下电力装备数字孪生技术架构及应用展望

数字化是新型电力系统的主要特征之一。加快传统电网向数字电网升级,依托数字孪生推动电网智能运行代表了目前电力行业发展的趋势。先从数字孪生的发展阶段入手,总结分析了数字孪生的基本特征。然后,详细介绍了数字孪生的通用框架,以及电力装备的数字孪生通用框架模型。指出目前电力装备数字孪生的技术难点在于基于模型驱动及基于数字驱动的模型建立等。其中,基于模型驱动的建模难点在于多物理场仿真及参数反演技术。详细介绍了数字孪生在电力装备行业中的已有应用,目前主要集中在模型框架的架构及技术路线研究。总体而言,数字孪生应用于电力装备行业尚处于初步探索阶段。

基于数字孪生的白酒酿造装备可视化管控系统设计

为解决当前白酒企业在酿造装备管控过程中存在的管理方式落后、可视化程度低和实时性差等问题,文中提出将数字孪生概念应用于白酒酿造装备管控领域,并设计一种基于数字孪生的白酒酿造装备可视化管控系统。该系统以数字孪生概念为指导,由数字孪生酿造车间可视化和数字孪生酿造装备管控系统两部分构成,以实现白酒酿造装备可视化管控。使用Vue.js完成系统客户端界面功能开发,利用JavaScript脚本语言实现客户端功能逻辑交互,通过3ds MAX构建三维模型并结合Three.js引擎加载三维模型实时渲染酿造车间虚拟场景,实现数字孪生酿造车间可视化;运用数据驱动数字孪生酿造装备管控系统中的设备预警等功能模块进行实时数据交互,并对设备状态进行反馈,从而达到酿造装备实时管控的目的。实际运行测试结果表明,所提出的系统能够提高可视化实时管控程度,降低设备管理人员的人工成本,提高管理效率。

基于数字孪生技术的变电站设备自动控制系统

为避免因设备故障造成变电站运行风险,设计基于数字孪生技术的变电站设备自动控制系统。通过测控保护模块采集变电站运行过程中产生的各类数据,利用站内通信模块将采集的数据传输到数字孪生模块,该模块依据接收到的数据运用数字孪生技术创建数字孪生虚拟变电站模型,根据虚拟变电站模型通过PLC自动控制模块实现变电站设备电压无功、安装质量以及运行状态的自动控制。实验结果表明,该系统对单一设备和规模庞大、结构复杂的变电站均具有较理想的建模效果,能将变电站设备电压、功率因数和安装位置偏差控制在合理区间内,在不同干扰下均能实现对变电站设备精准控制。

数字孪生与工艺知识的关联及电控系统数字孪生的工艺管理研究

数字孪生是一种理论技术体系,具体指的是通过传感器更新、历史运行技术以及模型等数据,将多物理量、尺度、学科及概率集成的仿真过程。数字孪生在虚拟空间映射,通过虚拟空间对实体装备整个生命周期进行反映。数字孪生实际上是一种超越现实的概念,可以将其看作是单个或是多个互相关联的装备系统的数字映射系统。本文将围绕“数字孪生与工艺知识的关联及某武器装备电控系统数字孪生的工艺管理”这一话题进行研究和探讨。

数字化技术在机场工程中的应用

空中旅行在我们的生活中已经越来越不可或缺,随之而来的是对机场数量和服务水平的日益增大的需求。除了在数量上我们需要更多的新机场外,已有的机场管理质量也待提高。一些大型机场已经俨然成为一个自成一体的城市,当然也是地球上现代化程度要求最高的“城市”。跟一个普通的城市一样,机场从规划选址到建设再到建成后的管理,迫切需要更加科学的、系统的操作手段。本文以数字化技术在走马湖水系综合治理工程(机场配套工程)中的应用为例,简要介绍了信息化技术在机场地基处理及土石方工程中的相关应用,供广大机场建设者后续施工参考。

钻爆法隧道施工装备技术进展与展望

随着我国水利、交通、能源等基础工程蓬勃发展,隧道及地下工程建设迎来了高速大发展时期。首先,介绍了钻爆法施工装备发展,依次从“人工”、“小型机械化”、“单一工序大型机械化”、“全工序大型机械化”等4个阶段进行阐述;然后分别对目前钻爆法在施工过程中存在的岩芯收获率、超欠挖控制、拱架设立效率、湿喷回弹、锚杆注浆密实度等问题的现状及发展趋势进行了阐述和思考,并提出了钻爆法施工装备、协同管理平台、绿色施工装备等未来着重发展的建造技术;最后,对钻爆法隧道智能装备与隧道智能建造发展前景进行了展望,以推动我国隧道工程向无人、智能、信息、环保、节能与可持续的目标发展。

数字孪生技术在智能轧钢车间的应用与探索

针对当前我国钢铁生产智能化建设,对数字孪生技术在轧钢车间的应用进行了探索,分析了智能轧钢过程的数字孪生系统体系架构;提出了建立基于数字孪生的智能轧钢车间参考模型、设备互联信息模型、工艺流程信息模型及组织性能控制模型。介绍了智能轧钢车间可以达到的效果:实现工艺智能设计,使生产成本降低5%~10%,订单交付速度提升10%~15%;实现生产计划智能管理,解决客户个性化小批量需求与大生产之间的矛盾;实现轧材质量智能管控,使成材率提升3%~6%;实现设备在线智能诊断,使设备有效作业率达5%~10%。最后指出:构建轧钢车间数字孪生模型存在很多难点,各轧钢企业智能感知、智能装备及智能物流等技术的发展水平不同,企业要从自身实际出发,认真梳理企业经营、生产计划,工艺控制,设备运维,质量检测,物流配送等各个环节智能化体系方面的问题,确定可行的数字孪生项目,才能实现轧钢车间各工序智能化、精细化的业务管理,提升劳动生产率。

数字孪生技术在白酒酿造行业的应用前景

白酒历史悠久、规模庞大,是我国经济和文化重要组成部分。在新一代信息数字化技术发展应用和《中国制造2025》规划背景下,传统白酒酿造向智能酿造转型势在必行。针对白酒企业生产过程中如何保障连续工艺稳定、增产降耗、控制复杂工况变化等问题,提出引入数字孪生概念、构建数字孪生模型、搭建酿造产线数据管理平台中心和结合人工智能技术的相关算法,以实现生产全过程模拟仿真与优化控制,全面提升企业生产效能。探讨数字孪生技术结合白酒企业在工艺参数优化、全面质量控制、设备维护保障、窖池发酵等多方面应用效果,以期有效保障酒企量质生产,降本增效,提高经济效益,加快白酒转型升级的步伐。

基于数字孪生的器官转运监护管理系统设计研究

目的 :器官移植是挽救终末期器官衰竭患者最为有效的治疗手段,器官转运为长时间远距离异地器官移植手术提供了可能,将数字孪生技术引入器官转运过程,可实现器官转运远程实时监护、转运全链调度、融合质量评估。方法 :通过文献及案例研究,分析数字孪生运行机制与器官转运现状,将数字孪生与转运监护管理系统进行理论融合分析。结果 :构建了基于数字孪生的器官转运监护管理系统,提出系统性建设体系内各模块具体内容,实现同生共存的监护管理模式,实现转运过程虚实监测护理、转运调度管理、融合质量评估。结论 :将数字孪生技术引入器官转运监护具有极大可行性,也为数字孪生在医疗领域的创新应用提供了参考。