船用承压结构变形场混合数字孪生监测模型方法实现 被引量：1

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作者 谢红胜 黄子轩 +2 位作者 刘炎 朱嘉明 王泽 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第S01期52-61,共10页

[目的]旨在为实现船舶的全生命健康监测设计一种面向结构健康监测的混合数字孪生系统。可实时采集及反馈关键舱室结构的变形,从而提升航运的信息化和安全管理能力。[方法]首先,采用奇异值分解法对多组载荷形成的物理场信息进行数据压缩... [目的]旨在为实现船舶的全生命健康监测设计一种面向结构健康监测的混合数字孪生系统。可实时采集及反馈关键舱室结构的变形,从而提升航运的信息化和安全管理能力。[方法]首先,采用奇异值分解法对多组载荷形成的物理场信息进行数据压缩降维得到特定的标准正交基,创建基向量与载荷关系的响应面模型,输出基于实时输入载荷的有限元降阶模型。其次,采用基于地统计学的克里金插值算法,按照特定拓扑结构布点,将实时的传感器数据和降阶模型输出的补充点位数据经由卡尔曼滤波算法进行融合修正,共同计算监测对象的变形情况。最后,通过构建变形监测软硬件系统,实现监测物理特性的采集到可视化的全过程。[结果]该系统在预设的载荷下,硬件采集系统能够稳定进行数据采集,配套的应用程序能够按照预期的要求进行实时可视化采集。[结论]该结构健康混合数字孪生系统满足船舶的健康监测需求,对未来船舶的高度一体化、智能化发展具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 混合数字孪生监测模型 克里金算法 数据融合

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一种基于数字孪生的灰盒单相PWM整流器建模与健康参数监测方法

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作者 张思慧 宋文胜 +2 位作者 唐涛 邹宇超 张志伟 《电工技术学报》 北大核心 2025年第2期463-476,共14页

基于单相两电平脉宽调制(PWM)整流器工作原理及其闭环控制策略,建立其离散化数学模型,并考虑实际工程应用中控制参数未知的情况,结合整流器外特性实验数据,依托优化粒子群算法(PSO),构建单相PWM整流器数字孪生灰盒模型。该模型可依据当... 基于单相两电平脉宽调制(PWM)整流器工作原理及其闭环控制策略,建立其离散化数学模型,并考虑实际工程应用中控制参数未知的情况,结合整流器外特性实验数据,依托优化粒子群算法(PSO),构建单相PWM整流器数字孪生灰盒模型。该模型可依据当前实测外特性数据,准确地监测控制参数和表征健康状态的关键参数,进而实现对实际整流系统的运行特性跟踪与模拟,该方法可为整流系统的非侵入式健康状态监测提供可能,并可用于指导实际系统中控制参数优化。为验证数字孪生灰盒模型及监测方法的正确性与有效性,该文在不同参数和多种工况下开展了模型验证与监测实验。结果表明,所建模型具有对实际整流器外部运行特性的模拟能力,监测误差小于5%且能够识别参数变化趋势。同时也探究了不同智能优化算法对监测性能的影响,论证了优化粒子群算法在此应用条件下的优越性。 展开更多

关键词 单相PWM整流器 数字孪生 灰盒模型 状态监测 IGBT

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基于数字孪生的温室作业底盘行驶状态在线监测方法

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作者 王明辉 徐健 +2 位作者 周政东 王玉龙 崔永杰 《农业机械学报》 北大核心 2025年第2期92-104,共13页

数字孪生技术通过对物理实体全生命周期的数字化实现其状态的监测和控制,为实现机器人的远程控制和连续式作业提供了解决思路。作业底盘行驶过程的高精度控制是保证机器人作业质量的关键,本文针对温室环境变化和底盘损耗导致行驶状态预... 数字孪生技术通过对物理实体全生命周期的数字化实现其状态的监测和控制,为实现机器人的远程控制和连续式作业提供了解决思路。作业底盘行驶过程的高精度控制是保证机器人作业质量的关键,本文针对温室环境变化和底盘损耗导致行驶状态预测模型误差大,以及动态数据在线采集困难等问题,提出一种基于数字孪生的温室作业底盘行驶状态在线监测方法。首先,开发了面向底盘行驶状态的温室作业底盘数字孪生系统,在线感知行驶过程中的动态数据并实时仿真底盘行驶状态变化过程;然后,结合底盘行驶状态时变偏差量化模型和考虑行驶过程中的各种不确定因素,构建了温室作业底盘行驶状态在线预测模型;最后,搭建底盘行驶状态在线监测试验环境,并进行在线监测试验和行驶效果验证试验。结果表明:本文在线预测方法对应数据集M_(1)、M_(2)、M_(3)、M_(4)的横向偏移预测精度分别为96.32%、95.96%、95.69%和96.11%,纵向偏移预测精度分别为96.58%、96.36%、96.51%和96.13%,对比基于BP+SVR方法的横向偏移预测精度分别提升3.61%、3.26%、3.92%和3.98%,纵向偏移预测精度分别提升2.96%、2.78%、3.27%和3.06%,证明了本文提出的在线预测方法能够有效修正地面波动和底盘损耗带来的偏差影响;实际底盘行驶横向偏移和纵向偏移平均值相较于基于固定行驶参数的行驶方法分别降低48.13%和49.49%,本文方法能够基于底盘实时行驶状态进行动态调整。本文提出的基于数字孪生的温室作业底盘行驶状态在线监测方法具有强实时性和高精度的特点,可为设施农业机器人的连续式作业技术提供依据和参考。 展开更多

关键词 设施农业机器人 轮式底盘 数字孪生 行驶状态 时变模型 在线监测

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数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统研究 被引量：1

4

作者 包胜辉 孙文磊 +3 位作者 刘涵 江伦 王炳楷 王一 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期78-87,共10页

针对目前风力发电机监控系统可视化程度低、数据无法进行远程实时传输等问题;提出一种数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统框架,从6个模块进行研究。通过利用实体建模、模型轻量化、行为规则模型和动态模型构建、远程实时数据传输、Un... 针对目前风力发电机监控系统可视化程度低、数据无法进行远程实时传输等问题;提出一种数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统框架,从6个模块进行研究。通过利用实体建模、模型轻量化、行为规则模型和动态模型构建、远程实时数据传输、Unity3D引擎可视化等技术,开发数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统。最后,通过实验验证系统的可行性和有效性,实现了实时动态状态监测、故障报警、人机交互的风力发电机的远程智能化监控。 展开更多

关键词 风力发电机 监控 可视化 数字孪生 孪生模型 状态监测

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基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测 被引量：3

5

作者 张文豪 吴娟 阮锴燚 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第8期69-75,共7页

目前矿井提升机天轮的监测研究大多侧重于对天轮的振动、温度、偏摆的监测,而对天轮结构性能监测的研究较少。针对该问题,提出了一种基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测方法。根据矿井提升机天轮运行过程中的实际状况,设计了矿... 目前矿井提升机天轮的监测研究大多侧重于对天轮的振动、温度、偏摆的监测,而对天轮结构性能监测的研究较少。针对该问题,提出了一种基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测方法。根据矿井提升机天轮运行过程中的实际状况,设计了矿井提升机天轮数字孪生监测系统,该系统由物体实体层、孪生模型层、孪生数据层、应用层及各层之间的连接组成,其中孪生数据层中的预测数据是矿井提升机天轮运行过程中通过天轮结构性能预测模型实时预测的天轮结构性能数据,包括应力和应变数据。矿井提升机天轮结构性能预测模型采用组合代理模型构建:采用处理后的有限元数据训练得到径向基函数(RBF)单一代理模型,基于广义均方误差求得单一代理模型在组合代理模型中的权重,从而得到天轮结构性能预测模型。以立井五绳摩擦提升系统为试验对象,基于Unity3D平台,通过虚拟空间、数据传输及应用模块的构建,建立了矿井提升机天轮数字孪生监测系统,试验结果表明:在天轮运行过程中,4个测试点的测量应变和预测应变平均决定系数为0.97398,预测应变与测量应变具有较高的相关性,验证了设计的预测模型能够满足对天轮结构性能监测的需求。 展开更多

关键词 矿井提升机天轮 数字孪生 天轮结构性能监测 组合代理模型 天轮应变

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基于数字孪生的转子系统状态在线监控方法研究

6

作者 师素双 李云风 +2 位作者 黄天一 孙乐天 张浩 《现代制造工程》 北大核心 2025年第2期109-120,100,共13页

转子系统的运行状况是确保设备稳定运行的关键因素。为了在设备运行状态下评估转子系统的运行情况,并在滚动轴承发生故障时判定故障的性质和发生位置,提出了一种基于数字孪生的转子系统状态在线监控系统。首先,根据转子系统的运行特点,... 转子系统的运行状况是确保设备稳定运行的关键因素。为了在设备运行状态下评估转子系统的运行情况,并在滚动轴承发生故障时判定故障的性质和发生位置,提出了一种基于数字孪生的转子系统状态在线监控系统。首先,根据转子系统的运行特点,提出了转子系统数字孪生框架;随后对转子系统状态监测方法中的关键技术进行分析;最后,以多功能转子试验台作为数字孪生实体,搭建了基于数字孪生的转子系统状态在线监控系统,验证了转子系统数字孪生框架的可行性,并验证了孪生模型的实时性和准确性,为设备故障预测与健康管理提供新思路。 展开更多

关键词 数字孪生 转子系统 代理模型 在线监测

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基于数字孪生的钻机运行安全状态监测技术研究

7

作者 王晗 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期134-139,共6页

为预防矿用钻机因过载产生疲劳失效而诱发安全事故,提出基于数字孪生的钻机运行安全状态监测技术。首先,提出钻机运行安全状态数字孪生监控系统整体框架;然后,提出基于代理模型的钻机受力状态实时分析方法;最后,利用有限元法获取钻机翻... 为预防矿用钻机因过载产生疲劳失效而诱发安全事故,提出基于数字孪生的钻机运行安全状态监测技术。首先,提出钻机运行安全状态数字孪生监控系统整体框架;然后,提出基于代理模型的钻机受力状态实时分析方法;最后,利用有限元法获取钻机翻转框架应力分布及幅值数据集,用于对代理模型的训练和测试。结果表明:有限元计算的做大应力值与代理模型预测值之间的差值最大不超过5×10^(-6)MPa。且所有节点预测值与计算值之差的绝对值方差约为2×10^(-6)MPa。这表明所提出的代理模型可用于代替有限元方法实时分析钻机翻转框架的应力。 展开更多

关键词 数字孪生 矿用钻机 状态监测 代理模型 受力状态

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数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例 被引量：10

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作者 唐文坚 申邵洪 +2 位作者 杨恒玲 元媛 牛广利 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第8期172-179,共8页

围绕数字孪生水利工程建设过程中的新一代信息技术应用深度不够、水利专业模型存在业务缺项等问题和差距,结合数字孪生江垭皂市工程建设实际需求,深入开展数据底板、智能模拟计算模型等关键技术研究与应用。首先,开展了卫星遥感、无人... 围绕数字孪生水利工程建设过程中的新一代信息技术应用深度不够、水利专业模型存在业务缺项等问题和差距,结合数字孪生江垭皂市工程建设实际需求,深入开展数据底板、智能模拟计算模型等关键技术研究与应用。首先,开展了卫星遥感、无人机倾斜摄影测量等技术支撑下的空天地立体监测体系在高精度数据底板构建中的应用研究。然后,基于数字模拟技术和传统水利专业的深度融合,深入开展洪水演进、工程安全等数字水利专业模型的研究,并结合物理工程的同步直观表达进行高保真虚拟建模。最后,通过江垭皂市工程实例对关键技术进行应用分析。研究结果表明构建的数字孪生水利模型与平台能够数字赋能江垭皂市水利工程智慧化管理。 展开更多

关键词 数字孪生水利工程 立体监测 智能模拟计算模型 虚拟建模

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现役导管架平台结构监测系统开发与数字孪生技术 被引量：17

9

作者 闫天红 王维刚 +1 位作者 赵海峰 周国强 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第20期2508-2513,共6页

目前我国海上有近1/3的导管架平台已超过或即将达到设计寿命,平台结构维护或修复延寿方面的需求比以往任何时候都更为迫切。传统的导管架水下结构损伤检测,测点少、难度大、费用高且无法预测平台结构的状态。开发了南海某导管架平台结... 目前我国海上有近1/3的导管架平台已超过或即将达到设计寿命,平台结构维护或修复延寿方面的需求比以往任何时候都更为迫切。传统的导管架水下结构损伤检测,测点少、难度大、费用高且无法预测平台结构的状态。开发了南海某导管架平台结构监测系统,该系统主要包括海上风浪的环境监测和平台结构振动、应变的响应监测。根据监测数据提出了基于双重有限元模型修正的现役导管架平台结构数字孪生,通过数字孪生技术修改平台结构安全评估及寿命预测模型,掌握海上导管架平台结构在整个服役周期内的结构行为,科学预测、预防性维护,以延长平台寿命。 展开更多

关键词 导管架平台 结构健康监测 有限元模型修正 数字孪生

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物理赋能的助航灯具清洗数字孪生构建

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作者 董慧芬 孙浩远 +1 位作者 严力 武云霞 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期785-795,共11页

机场助航灯具清洗设备工作时需要远程实时监测设备状态和清洗质量。数字孪生通过虚拟平台映射清洗设备的工作情况,而目前虚拟环境的建立仍大量依赖于数据驱动,自身缺乏感知进化和虚拟仿真的能力,且对被执行件的关注较少。针对以上问题,... 机场助航灯具清洗设备工作时需要远程实时监测设备状态和清洗质量。数字孪生通过虚拟平台映射清洗设备的工作情况,而目前虚拟环境的建立仍大量依赖于数据驱动,自身缺乏感知进化和虚拟仿真的能力,且对被执行件的关注较少。针对以上问题,提出基于多物理引擎的数字孪生模型。该系统利用CoppeliaSim构建数据和脚本双驱动的虚拟空间,融合了虚拟传感和视觉检测,并通过BlueZero实现实时通信。为解决通信延迟造成的数据流阶梯跳跃的问题,提出一种基于改进均值滤波的运动同步性增强算法,内嵌在Qt建立的数据集成子系统中。实验结果表明:经运动增强后,所提系统的虚实同步误差为74 ms,满足同步性要求;清洗机械臂关节角度跟踪的均方误差为0.827°,末端空间位置跟踪误差不超过2.775 mm,满足跟踪精度要求;所提模型能够动态呈现灯具被清洗时的污斑状况,证明了所提模型的合理性,满足助航灯具清洗过程的应用需求。 展开更多

关键词 数字孪生 助航灯具 机械臂 粒子模型 状态监测 同步性增强

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近接工程建设荷载的数字孪生试验方法 被引量：7

11

作者 张超 刘拯安 +1 位作者 郎志雄 陈仁朋 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期121-128,共8页

近接工程建设荷载是指城市近接工程施工扰动对既有地下结构的附加荷载作用。该荷载作用可诱发既有地下结构损伤甚至破坏,威胁城市安全,但其发展规律尚不明确。明确该荷载作用需探明近接工程-地层-既有结构三者之间的动态耦合机制,尚缺... 近接工程建设荷载是指城市近接工程施工扰动对既有地下结构的附加荷载作用。该荷载作用可诱发既有地下结构损伤甚至破坏,威胁城市安全,但其发展规律尚不明确。明确该荷载作用需探明近接工程-地层-既有结构三者之间的动态耦合机制,尚缺乏行之有效的试验方法。文章提出一种近接工程建设荷载的数字孪生试验方法。该方法融合数字孪生技术和混合试验技术,克服了传统混合试验技术的数值模型保真性问题,实现了近接工程建设荷载的室内试验研究。此外,通过两个交互模块实现了施工现场物理空间、数字孪生体以及地层结构物理模型试验之间的数据交互,进而建立了数字孪生试验方法的系统架构。利用该系统架构开展工程案例分析,初步验证了其可行性。 展开更多

关键词 近接工程建设荷载 地下结构 数字孪生技术 混合试验 物理模型试验

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基于数字孪生的船用柴油机曲轴应力预测 被引量：3

12

作者 余永华 解美强 +2 位作者 李宝月 章宁 宋鑫 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第5期50-56,共7页

[目的]曲轴是船用柴油机的关键部件,为实时监测柴油机运行状态下的曲轴应力,保障船舶安全可靠运行,提出基于数字孪生的曲轴应力预测方法。[方法]基于数字孪生思想,提出船用柴油机智能运维的构架,以某型直列6缸船用中速柴油机为研究对象... [目的]曲轴是船用柴油机的关键部件,为实时监测柴油机运行状态下的曲轴应力,保障船舶安全可靠运行,提出基于数字孪生的曲轴应力预测方法。[方法]基于数字孪生思想,提出船用柴油机智能运维的构架,以某型直列6缸船用中速柴油机为研究对象,在实机可获得数据的基础上,实现基于数字孪生的曲轴健康状态评估。首先,基于径向基(RBF)神经网络,利用缸盖振动加速度信号对缸内压力进行识别,计算曲柄销载荷,利用有限元法对曲轴进行应力和疲劳分析,获得影响曲轴寿命的关键位置,应用反向传播(BP)神经网络构造曲轴受力和应力的降阶模型。[结果]模型的缸压和曲轴应力预测误差均小于5%,应力预测的时间缩短到秒级,可实现孪生模型的实时/准实时更新。[结论]研究成果可为柴油机零部件的状态实时监测和智能运维提供新思路。 展开更多

关键词 数字孪生 缸压重构 曲轴应力监测 降阶模型

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面向数字孪生的区间二型T-S模糊建模方法研究 被引量：2

13

作者 张悦 高晓娜 +1 位作者 王梦雪 练有焜 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期582-589,共8页

为提高变负荷工况下火电机组动态过程模型精度以达到数字孪生模型要求,构建串联结构混合模型,采用量子粒子群算法(QPSO)构建全局模型,引入区间二型T-S(IT2TSK)模糊模型实现孪生体子模型及过渡过程的精准演化。针对IT2TSK模糊模型中模糊... 为提高变负荷工况下火电机组动态过程模型精度以达到数字孪生模型要求,构建串联结构混合模型,采用量子粒子群算法(QPSO)构建全局模型,引入区间二型T-S(IT2TSK)模糊模型实现孪生体子模型及过渡过程的精准演化。针对IT2TSK模糊模型中模糊集和模糊规则较难确定的问题,设计了两步循环迭代法确定前后件参数,保证模糊集参数能够纵向体现不同状态集之间的不确定性,以及模糊规则能够横向实现子模型间的平稳过渡,保证全工况下孪生体模型高度逼近动态过程。结果表明:以空气预热器为例,在变负荷训练集上,较简化定工况模型和一型T-S模糊模型而言,基于IT2TSK模糊模型的参数在线自适应混合模型的输出能够更准确地跟踪实际值,整体精度更高。 展开更多

关键词 混合模型 串联结构 数字孪生 QPSO 区间二型T-S模糊模型 参数在线自适应

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数字孪生驱动的热交换器降阶建模及智能感知方法研究 被引量：3

14

作者 籍帅航 王金江 +2 位作者 蔡睿 孙雪皓 葛伟凤 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期4218-4228,共11页

管壳式热交换器是能源系统中的重要组成部分,长时间的运行容易在导热管内造成结垢故障,导致热交换器传热效率下降、流动阻力增加、耗能增加、系统压力下降等问题。结垢故障往往隐藏在设备内部,通过运行数据监测或者仿真手段往往不足以... 管壳式热交换器是能源系统中的重要组成部分,长时间的运行容易在导热管内造成结垢故障,导致热交换器传热效率下降、流动阻力增加、耗能增加、系统压力下降等问题。结垢故障往往隐藏在设备内部,通过运行数据监测或者仿真手段往往不足以感知和预测多工况下的设备状态,数字化的热交换器状态监测技术为解决问题提供了新思路,但存在数字孪生体难以构建、降阶效果不理想、结垢数据难以获取等问题。为了能够建立数字孪生驱动的热交换器高保真降阶模型,提出了一种基于本征正交分解的径向基自适应模型降阶方法。基于物理信息的自适应采样算法采集更有效的样本数据,利用POD-RBF建立高保真降阶模型,开展热交换器的结垢故障的仿真实验,通过BP神经网络进行热交换器的结垢感知和预测。实验结果表明所建立的自适应采样降阶模型与不使用采样的降阶模型相比求解效率提高了1倍,与全阶模型的误差在4%左右,通过降阶模型快速生成更符合物理机理的结垢数据,预测误差保持在0.0554 mm左右,能有效地对换热器的结垢进行感知和预测。 展开更多

关键词 热交换器 数字孪生 模型降阶 状态监测 故障诊断

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基于数字孪生技术的轧机主传动系统虚拟仿真研究 被引量：4

15

作者 张瑞成 李晨 《现代电子技术》 2021年第17期157-161,共5页

板带轧制系统当前智能化程度不高,并且系统中轧机主传动长期处于高负荷的运转状态,容易造成严重的故障,为此提出一种基于数字孪生技术的轧机主传动虚拟仿真系统。系统主要包括轧机主传动三维虚拟系统、仿真界面、Matlab数学模型仿真和OP... 板带轧制系统当前智能化程度不高,并且系统中轧机主传动长期处于高负荷的运转状态,容易造成严重的故障,为此提出一种基于数字孪生技术的轧机主传动虚拟仿真系统。系统主要包括轧机主传动三维虚拟系统、仿真界面、Matlab数学模型仿真和OPC通信环境。运用SolidWorks软件进行三维建模,并在GENESIS64组态软件中搭建实时仿真界面,接着在Matlab中编写系统数学模型程序,最后构建OPC通信协议完成系统之间的通信。系统可以将Matlab仿真数据通过OPC通信协议传入仿真界面中。轧机主传动系统三维模型可以随着传输数据的大小变化来改变运行速度的快慢,以实时模拟现实生活中轧机主传动系统的动作行为。测试结果表明,轧机主传动虚拟仿真系统具有操作简单、运行稳定、安全可靠等优点,利用物理实体与虚拟模型的交互融合,通过监测服务能够准确模拟轧机主传动的运行状态,使轧机主传动系统的运行优化成为可能。 展开更多

关键词 数字孪生 轧机主传动系统 虚拟仿真 三维建模 数学模型仿真 实时模拟 通信协议 监测服务

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《计算机集成制造系统》2019年总目次

16

《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期3289-3292,共4页

关键词 数字孪生模型 《计算机集成制造系统》 工业互联网 混合流水车间调度 闭环供应链 挖掘方法 制造环境 事件日志 建模与优化

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