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数字孪生在中航飞机起落架制造工厂的应用探讨

发布时间:2020-01-08 09:06   类型:应用案例   人浏览
引言 1 什么是数字孪生 数字孪生以数字化的方式建立物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理量的动态虚拟模型来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则,是解决智慧工厂信息物理融合难题,践行智能制造理念与目标的关键使能技术。数字孪生的概念最初于2003年由Grieves教授在美国密歇根大学产品生命周期管理课程上提出,早期主要被应用在军工及航空航天领域。如美国空军研究实验室、美国国家航空航天局(NASA)基于数字孪生开展了飞行器健康管控应用,美国洛克希德·马丁公司将数字孪生引入到F-35战斗机生产过程中,用于改进工艺流程,提高生产效率与质量。由于数字孪生具备虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、以及全要素/全流程/全业务数据驱动等特点,目前已被应用到产品生命周期各个阶段,包括产品设计、制造、服务与运维等。 2 数字孪生企业案例背景 我公司的业务是典型的离散制造业,可以通过数字孪生技术为企业搭建智能制造的部署、运营、服务、安全的完整体系,促进信息逻辑和工业逻辑相融合,用数字孪生让真实工厂映射到数字世界,汇聚分散在各封闭组织内的数据,从工业大数据中发掘工业机理和规律,从而以虚实之间有效协同缩短研发设计周期,优化重构生产制造流程,提升设备维护效率,加快组织内外协同合作,带来生产力的变革,触发新型设计、生产、服务模式的演进。具体的应用场景分述如下。 基于数字孪生的产品设计与仿真 基于数字孪生的产品设计与仿真通过全生命周期的虚实融合,以及超高拟实度的虚拟仿真模型建立等方法,全面提高设计质量和效率。 1 面向数字孪生的起落架生产线工艺设计与仿真 以多源CAD(Computer Aided Design, CAD)模型为数字孪生模型(Digital Twin, DT)数据源,基于设计任务分配功能实现智能协同设计,实现起落架生产线物理与实物模型的信息实时交互与可视化。 2 起落架生产线工艺设计与仿真的工艺知识库 构建起落架生产线工艺设计与仿真的工艺知识库,包括实时工艺修正与优化、工艺过程优化、工艺知识提炼与总结、沉浸式工艺设计与仿真,全面有效地挖掘和总结工艺“设计经验”和“设计知识”,结合产品运维阶段的质量状况、使用状况、技术状态等,从产品功能实现的角度对产品研制阶段采用的工艺方法进行评价和比较。 3 基于数字孪生的虚拟样机 虚拟样机是建立在数字世界的、可反映物理样机真实性的数字模型,通过多领域的综合仿真和设备的性能衰减仿真,在物理样机制造之前对装备的性能进行测试和评估,改进其设计缺陷,可以缩短其设计改进周期。基于数字孪生的虚拟样机模型库参见图1所示。 图1基于数字孪生的虚拟样机模型库 基于系统级数字孪生的生产线生产过程建模与控制 通过生产线的数字孪生融合生产核心智能装备(设备层)、生产执行系统MES和企业资源计划ERP(系统层),实现生产自动化与信息化的紧密集合,进而实现生产过程的智能化分析和管控。生产线数字孪生参见图2所示。 图2 生产线数字孪生 1 基于数字孪生的车间生产调度优化 通过数字孪生的虚实映射和交互融合,实时获取制造装备状态、生产过程进度以及质量参数控制的第一手信息,传递给管控层,实现车间制造透明化;支持向现场工业计算机、智能终端及制造设备下发过程控制指令,正确、及时地传递设计及工艺意图。 2 基于数字孪生的设备故障诊断与远程运维 在孪生数据的驱动下,基于物理设备与虚拟设备的同步映射与实时交互以及精准的设备故障诊断服务,实现快速捕捉故障现象,准确定位故障原因,合理设计并验证维修策略。 3 基于数字孪生的车间装备虚拟调试 通过各模型软件的应用程序接口(Application Programming Interface, API)可以将设备模型与仿真系统进行集成,将设备的PLC系统与设备的模型进行集成。在仿真系统中对模型进行编程,根据实际需求将逻辑指令写入到仿真系统中,实现

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