数字孪生在工程机械产品装配领域的应用

工程机械装配作为现代工程机械生产制造中最重要的一环,对产品的最终质量和性能有着重要影响.通过分析传统工程机械装配的不足,引入数字孪生技术.文章详述了数字孪生环境下工程机械装配的流程,通过物理实体空间、数字空间和数据互联中心的构建,实现生产装配过程的虚拟化,实时监测装配过程并对其配置优化以提高装配效率,实现有效的闭环反馈...     

数字孪生变电站建模及应用

随电力建设及改造项目日益增多,现行系统无法直观展示站内实际布局、有效测绘测距,指导施工方案编审有限。对变电站进行空间孪生建模,利用3D建模软件,实现模型中一键测距、全景环绕等功能减少编制人员前往站内频次,宏观展示环节指导优化多班组作业区轮转及相关安全措施布置。提升施工方案编制讨论环节各部门沟通效率,对施工细节直观展现,对潜在施工安全隐患抓早抓小,提高生产工作质效。     

番茄采摘机器人数字孪生仿真系统的开发研究

【目的】实现番茄采摘机器人的快速开发设计与调试,避免大的返工和浪费,降低开发和调试成本,缩短开发周期。【方法】课题组开发了一种虚拟仿真调试系统,应用到番茄采摘机器人的开发研究中。该系统主要由数字孪生仿真软件搭建虚拟样机模型,虚拟样机模型能够赋予物理属性运动关系以及逻辑信号,通过利用基于PC的运动控制卡和低代码的SmartACS编程软件,采用OPC UA通信方式,实现硬件控制卡控制虚拟模型,这样就构建了番茄采摘机器人的数字孪生仿真调试模型。【结果】该数字孪生仿真模型能够很好地验证设备的机械结构和控制程序的合理性,并能够在设计阶段快速且低成本地发现问题并加以改进。【结论】通过对虚拟样机模型进行虚拟的机电联调,能够在不做出物理样机的前提下实现对所设计的机械结构及控制程序的联合调试和验证,从而大幅缩短了开发周期,降低了开发成本。本研究能为其他农业机械的设计研发提供一定的参考,有利于提高我国农业机械化水平。     

基于数字孪生的动力换挡拖拉机换挡策略研究

发动机性能变化和牵引阻力波动等时变因素对大功率动力换挡拖拉机（PST）换挡策略的适应性具有巨大威胁。为了构建动态精准模型和应对负载波动,以提高PST换挡策略的适应性,提出了一种基于数字孪生的自适应换挡策略。一方面,将发动机状态变化视作内部干扰,基于深度确定性策略梯度（DDPG）算法对虚拟PST发动机进行实时校准,结合PST机理模型,实现对PST的实时动态精准建模。另一方面,将牵引阻力波动视作外部干扰,提出基于深度Q网络（DQN）的换挡策略生成方法。在实时动态精准建模和换挡策略自动生成两个机制的协同作用下,实现换挡策略的自适应调整。最后,开展了犁耕工况下的虚拟PST训练仿真及本文方法与模糊自适应方法的车速跟踪对比试验。结果表明,发动机转矩和燃油消耗率跟踪误差均值不超过7.28N·m和1.55g/(kW·h),实现了对物理PST的动态精准建模。在长时间使用之后,发动机和牵引阻力的变化导致模糊自适应方法的换挡点和模糊规则不再完全适用,换挡表现逐渐变差,而本文方法的换挡表现和车速跟踪效果全程良好,其车速跟踪误差均值、燃油消耗率均值和总换挡次数分别为0.0125m/s、229.76g/(kW·h)和42,比模糊自适应方法分别减小0.91%、11.14%、34.38%,验证了本文方法的适应性和优越性。     

规模化猪场保育猪养殖技术要点

在猪的养殖中,猪最后的体重以及健康情况都与收成有着直接的关系.但猪的养殖也不是简单的,猪也是生物,在养殖的过程中猪个体和群体之间都会出现各种各样的问题.如果想要养殖达到预期的效果,就要科学养殖,在本篇文章中,会对如何养殖进行探讨.     

基于工业互联网的大米供应链数字孪生系统构建

粮食生产供应关乎国家安全稳定,针对目前粮食供应链存在的数据共享水平低、管控智能化程度不高等问题,构建基于工业互联网标识解析技术的粮食供应链数字孪生系统。以大米供应链为典型对象,首先设计涵盖收购、运输、加工、仓储、包装、销售的大米全供应链数字化模型,研究基于标识解析体系的各环节全要素标识编码和数据开放共享,建立实物对象与信息系统之间的数字桥梁;提出包含物理层、网络层和孪生层的数字孪生体系架构,形成基于工业互联网的数据流通共享基础,明确孪生体系架构的关键模型;并详细阐述设备、产线、物料等对象的全要素精准建模过程,构成集几何模型、物理模型、行为模型和规则约束模型为一体的数字孪生模型;最后借助Unity3D软件以及C#编程技术搭建大米供应链数字孪生原型系统,实现对产线的三维可视化监控。实验结果表明,该系统在供应链全要素数据充分共享基础上,通过三维展示、预测控制和智能决策一定程度上提升了大米供应链智能化监管能力,为工业互联网等技术赋能产业数字化转型提供参考。     

联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性,设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合,实现了在不影响模型精度和功能的前提下,显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象,开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统,为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能,开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明,在数据更新频率20Hz下,响应时间在78ms以内,内存占用量在331MB以内;性能测试中,系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下,系统帧率仍可保持在75.6f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。     

基于数字孪生的拖拉机混流装配智能排产仿真评价

车间排产对提高车间的效率至关重要,智能排产可以极大提高加工的自动化和智能化水平。但传统生产过程中大多采用固定的工时数据进行产线作业时间估算,而拖拉机混流装配以工人作业为主,工人作业时间不固定甚至存在较大差异。为满足智能排产要求,提出通过数字孪生车间对生产计划进行仿真评价以增强与实际车间的交互与反馈。搭建与现场拖拉机装配线一致的数字孪生三维模型场景及人机交互界面,根据MES系统中的过点信息实现装配线模型实时驱动,建立了一个拓展性强、可灵活复用的数字孪生系统。分析了生产计划评价指标,提出通过生产计划管理系统与孪生装配线的交互反馈,实现对基于数字孪生装配线的生产计划仿真运行及评价。通过数字孪生装配线采集到的实际工时仿真运行生产计划,可以得到优化后的生产计划。将低产、正常和高产月份各5d内的实际生产计划与本系统生成的计划进行对比,结果表明本系统仿真评价后得到的生产计划更优越。     

数字孪生长距离引水工程检修排水及充水历时的确定

长距离有压重力流引水工程单管输水,其检修排水及充水所需要的时间是检修期间工程停供水后的应急供水调度计划决策的依据。长距离引水工程检修排水及充水历时受到上游水库水位、检修闸门或阀门的过流特性、管道糙率、满流波速等诸多因素影响。为了及时准确地确定检修排水及充水历时,可以基于数字孪生长距离引水工程进行研究。以某长距离引水工程为例,根据监控系统提供的库水位、测压点压力等实时采集值,进行虚实数据交互,确定数字模型参数,使得数字模型逼近物理实体,建立物理实体的数字孪生体。采用一维水动力学模型对检修排水过程和检修完成后的充水过程进行数值计算,排水过程圣维南控制方程以水位和流量为变量,而充水过程则以水深和流量为变量。软件界面采用Java编程,后台数值模拟部分采用Python编程语言。     

基于数字孪生的智能驾驶汽车整车在环测试系统研究

数字孪生（Digital Twins,DT）是借助实时仿真技术将真实物体映射到虚拟世界的系统,应用数字孪生技术可实现虚拟道路场景下真实智能汽车的自动驾驶测试。设计了一套基于数字孪生的智能驾驶汽车整车在环测试系统,并将其应用于AEB系统的开发验证。在数字孪生技术框架下结合仿真测试工具、V2X通信设备、真实测试车辆等功能单元,形成虚拟环境与真实环境相互映射的整车在环测试系统。基于虚幻引擎（Unreal Engine）4构建真实驾驶环境的镜像仿真场景,利用V2X通信技术将实车状态数据实时传输到虚拟AirSim车辆控制器,同时向被测车辆反馈仿真场景环境感知数据。考虑测试系统信号延时的影响,通过多种工况的整车在环测试对AEB控制算法进行优化改进。通过实车试验验证了基于数字孪生的智能汽车测试方法的有效性与优越性,结果表明该测试方法既保留了实车测试的真实性,也可以有效避免实车测试的危险性。     

基于数字孪生的开放教育远程实训教学应用研究——以“智能制造数控机床加工”为例

开放教育作为国内远程教育的主要力量,在理论授课方面已经有比较完善的解决方案,但是在实训教育方面一直存在困难。鉴于此,笔者对基于数字孪生的开放教育远程教学实训进行了应用研究,分析了现阶段开放教育远程实训的现状,剖析了数字孪生技术,讲解了远程实训模型的搭建以及学生端的实操问题,并以“智能制造数控机床加工”远程实训为例,通过数字孪生技术,介绍开放教育的实训流程以及应用端数字孪生平台。教学实践表明,基于该研究平台学生可以开展各种创新型的实验活动,有利于培养学生的动手操作、分析调试、设计的能力和创新意识,学生在数字孪生平台远程实训能有效对实训项目进行实操作业,解决了我国目前开放教育的实训问题。     

浅析规模化猪场保育猪养殖技术要点

在规模化养殖过程中,猪场保育养殖工作关乎猪的生长情况,与养殖户的经济效益也存在一定关系。但是,受多个因素的影响,导致保育猪养殖期间存在较多问题,并影响着保育猪的养殖效果。为了促进保育猪养殖技术的良好发展,在本文中,对规模化猪场保育猪养殖技术要点进行浅要分析。     

云-雾-边-端协同的农业装备数字孪生系统研究

数字孪生是一种实现虚实融合的先进理念,能够解决农业装备全生命周期中的复杂性和不确定性问题,促进农业机械化和农业装备产业的转型升级。目前,农业装备数字孪生尚处起步阶段,缺乏实用解决方案和典型应用案例。为此,基于数字孪生和农业装备的特点,融合五维模型和移动边缘计算技术,提出一种云-雾-边-端协同的数字孪生系统架构与运行机制。以籽粒直收型玉米联合收获机为对象,针对脱粒过程中籽粒破碎率高的问题,开发大型联合收获机的数字孪生原型系统,实现模型预测、模型更新、实时监测和优化决策等功能,并开展田间试验。试验结果显示：数字孪生系统有效提高了虚拟模型的适应能力,使虚拟模型保持良好的预测效果;基于数字孪生的决策优化方法有效降低了籽粒破碎率,相较于手动收获模式,籽粒破碎率平均值降低24.24%;相较于反馈控制模式,籽粒破碎率平均值降低15.78%,说明原型系统能够有效改善玉米籽粒收获质量,所提出的系统架构和实现方法可行。     

规模猪场无公害猪肉生产综合技术的研究

通过对扬中市四墩子养猪场的环境质量控制、猪场疾病控制、生猪生产全程质量控制、生猪检疫及猪肉产品质量安全检测四大环节的实施,特别是对产前饲料、兽药和产中饲养环节以及产后猪肉产品质量的检测监控,实现了生猪无疾病、兽药残留限量、生产无有害物污染的卫生安全优质猪肉的目标。     

现代化数字灌区建设主体功能及主要应用结构体系探讨

基于对物理灌区的现代化和模拟灌区的数字化认知,分析总结了现代化数字灌区建设应着力完成的“灌区识别”“立体感知”“精准控制”“信息交互”“管理调度”等“五大主体功能”结构体系;基于智慧水利建设和灌区高效运管需求,高效地模拟渠系水流,系统梳理了以“节点流量过程”为输入和输出的灌区概化图,研究提出了现代化数字灌区建设主要业务应用结构体系,即构建以“数据库”为载体,“数学模型”为支撑,基于“灌区一张图”基础之上的“组织管理、工程管理、安全管理、泵站管理、农业节水与供用水管理、经济管理、信息化管理、公共服务”等“九大业务应用”为交互的的整体架构,以期有效提升灌溉供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性。     

数字农业技术在农机方面的应用

数字农业（Digital Agriculture）是用数字化技术,按人类需要的目标,对农业所涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制、管理的农业。数字农业将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业,     

数字经济助推农业农村现代化路径探析

“十四五”规划提出,努力实现我国农业农村现代化。数字经济和农业农村的深度融合可以助推我国农业农村现代化,但农业成本升高、农业支持保护体系不完善以及农村基础设施落后等因素严重制约了我国数字经济在农村地区的应用。基于此,课题组对农业农村现代化背景及历史意义进行了研究,分析了农业农村现代化发展存在的问题,总结了数字经济赋能农业农村现代化的推进路径,并提出了完善数字基础设施建设、数字法律法规以及治理保障体系等助推农业农村现代化的对策建议,以期深化数字经济在农业农村发展中的地位,推进农业农村数字化,早日实现农业农村现代化。     

数字经济赋能福建省农业现代化发展浅析

数字经济能从全方位、多角度赋能农业现代化发展。文章简述了数字经济赋能农业现代化发展的背景,从数字基础设施建设、促进产业融合、助推现代化转型和数字金融创新服务等四个角度分析了数字经济赋能福建农业现代化发展现状,并针对存在问题提出对策建议,为进一步推动福建农业现代化建设,实现福建特色的乡村振兴之路提供参考。     

臭氧净化技术治理猪场粪污应用

以臭氧净化技术为主导,实施猪场粪污电动清扫、粪污固液压滤分离、石英砂罐过滤和臭氧净化处理等技术,实例探讨猪场粪污处理工艺的可行性。结果表明,电动粪污清扫车的干清粪工艺治理粪污的效率是水冲粪方式的8～15倍;粪污经过浓度为7.8 mgL的臭氧水作用10 min后,pH、SS、NH3-N、TP、COD、BOD及Cu、Zn处理效率分别为12.20%、97.54%、89.80%、94.74%、96.55%、91.73%、77.85%和91.28%;粪污中磺胺嘧啶、磺胺甲基异恶唑和磺胺吡啶等磺胺类抗生素降解效率分别为97.37%、96.23%和93.64%;粪污中细菌与肠菌群净化处理效率接近于100%。净化处理后的水质达到GBT 18596—2001《畜禽养殖业污染物排放标准》的排放要求。     

基于GIS+BIM+IoT数字孪生的堤防工程安全管理平台研究

针对我国堤防工程隐患众多、险情频发等特点,结合堤防工程建设特点和防洪减灾战略需求,研究基于GIS+BIM+IoT数字孪生的堤防工程安全管理平台设计与实现,将基于GIS、BIM、IoT融合的数字孪生与堤防工程安全管理进行结合,研究数字孪生数据及模型集成与可视化表达方法,建立堤防险情识别深度学习模型,设计基于GIS+BIM...