数字孪生工业机器人:概念框架、关键技术与案例研究

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作者 刘永奎 杨康 +11 位作者 脱奔奔 潘亚铎 王欣宇 王一涵 龚永乾 张霖 王力翚 林廷宇 訾斌 李元 游玮 徐旬 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第7期1723-1752,共30页

为有效提升工业机器人价值及其全生命周期管理水平,将数字孪生与工业机器人进行深度融合,探讨一种新的工业机器人概念——数字孪生工业机器人。阐述数字孪生工业机器人的概念、构成和典型特征,并提出数字孪生工业机器人的体系架构。从... 为有效提升工业机器人价值及其全生命周期管理水平,将数字孪生与工业机器人进行深度融合,探讨一种新的工业机器人概念——数字孪生工业机器人。阐述数字孪生工业机器人的概念、构成和典型特征,并提出数字孪生工业机器人的体系架构。从“设计-制造-运维-退役”全生命周期的角度,系统梳理数字孪生工业机器人的关键技术。通过案例研究验证所提概念框架的有效性。总结并探讨数字孪生工业机器人的未来发展趋势。 展开更多

关键词 数字孪生 工业机器人 数字孪生工业机器人 全生命周期

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一种复杂系统轻量化建模与仿真技术框架 被引量：2

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作者 姬杭 周军华 +2 位作者 施国强 林廷宇 薛俊杰 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2013-2019,共7页

针对复杂系统建模与仿真验证,提出一种轻量级技术框架和系统构建方法,仿真框架基于分布式网络通信中间件搭建并具有逻辑完善的图形化建模、仿真管理和仿真运行模块。框架封装了高效简洁的网络通信中间件、对象管理、事件管理和时间管理... 针对复杂系统建模与仿真验证,提出一种轻量级技术框架和系统构建方法,仿真框架基于分布式网络通信中间件搭建并具有逻辑完善的图形化建模、仿真管理和仿真运行模块。框架封装了高效简洁的网络通信中间件、对象管理、事件管理和时间管理引擎,具有较强互操作性,仿真成员开发具有可重用性和可组合性,能够完成复杂系统中分布式仿真节点的灵活搭建与高效仿真。 展开更多

关键词 复杂系统 建模仿真 复杂产品 仿真框架

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复杂数字化工业体系成熟度评估技术研究 被引量：2

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作者 耿超 曲世友 +5 位作者 林廷宇 施国强 肖莹莹 王玫 马秋丹 姬杭 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2020-2026,共7页

针对全球新一轮科技革命与产业变革背景下正在不断革新和形成的复杂数字化工业体系,研究建立了基于系统工程的复杂数字化工业体系成熟度评估模型,提出了复杂数字化工业体系的多指标成熟度分析方法和复杂数字化工业体系的多企业成熟度综... 针对全球新一轮科技革命与产业变革背景下正在不断革新和形成的复杂数字化工业体系,研究建立了基于系统工程的复杂数字化工业体系成熟度评估模型,提出了复杂数字化工业体系的多指标成熟度分析方法和复杂数字化工业体系的多企业成熟度综合方法,并结合航天复杂产品数字化工业体系给出了评估示例。结果表明,本文研究的成熟度评估方法能够用于规范和指导复杂数字化工业体系的建设。 展开更多

关键词 评估 成熟度 工业体系 数字化 复杂系统

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复杂装备虚拟采办平台技术研究 被引量：3

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作者 曲慧杨 朱耀琴 +2 位作者 蒲睿英 周军华 施国强 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期4677-4685,4692,共10页

在虚拟采办平台的体系架构和一体化建模技术的基础上,阐述了基于虚拟样机的建模仿真技术,面向可靠性、维修性、保障性的建模仿真技术和面向全寿命周期的采办项目综合管理建模与仿真分析技术。结合某航天复杂装备采办项目介绍了虚拟采办... 在虚拟采办平台的体系架构和一体化建模技术的基础上,阐述了基于虚拟样机的建模仿真技术,面向可靠性、维修性、保障性的建模仿真技术和面向全寿命周期的采办项目综合管理建模与仿真分析技术。结合某航天复杂装备采办项目介绍了虚拟采办平台在论证、研制和使用保障阶段的应用情况。 展开更多

关键词 虚拟采办 主模型 虚拟样机 全寿命周期

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复杂产品三维模型轻量化服务构建技术 被引量：6

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作者 薛俊杰 施国强 +3 位作者 周军华 曲慧杨 陶栾 蒲睿英 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期553-561,共9页

提出了一种复杂产品三维模型轻量化服务构建方法。采用一种改进模型数据导出与空间索引生成方法,能够在模型轻量化过程中保留复杂产品模型装配树与标注信息;设计并实现了基于面片密度的自适应面片简化算法,能够在满足误差要求的条件下... 提出了一种复杂产品三维模型轻量化服务构建方法。采用一种改进模型数据导出与空间索引生成方法,能够在模型轻量化过程中保留复杂产品模型装配树与标注信息;设计并实现了基于面片密度的自适应面片简化算法,能够在满足误差要求的条件下对几何模型面片进行自适应简化;并通过采用一种具有较高的压缩比和压缩效率的模型数据压缩算法,减小复杂产品模型的存储空间占用。设计并实现一种模型轻量化服务的B/S部署架构,能够借助高性能计算资源,提高多用户并发场景下复杂产品模型轻量化效率。 展开更多

关键词 模型简化与压缩 模型空间分割 几何压缩 高性能计算

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基于多散射中心模拟的导弹连射半实物仿真方法 被引量：1

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作者 刘柏廷 王晓雷 +2 位作者 王超磊 陶渝辉 杨召伟 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期4732-4737,共6页

针对某型导弹制导控制半实物仿真试验对双发连射状态的验证需求,提出一种基于多散射中心模拟的防空导弹连射半实物仿真试验方法,研究了双发连射状态的仿真方法和复杂射频体目标多散射中心仿真的控制方法。通过构建半实物仿真验证系统,... 针对某型导弹制导控制半实物仿真试验对双发连射状态的验证需求,提出一种基于多散射中心模拟的防空导弹连射半实物仿真试验方法,研究了双发连射状态的仿真方法和复杂射频体目标多散射中心仿真的控制方法。通过构建半实物仿真验证系统,进行了半实物仿真验证试验,验证试验结果表明,该方法可实现前发导弹及目标的体目标模拟,导引头可稳定跟踪多散射目标,目标模拟信号输出保持高质量,导引头测角误差平稳收敛,可有效支撑某型导弹制导控制算法的设计与验证。 展开更多

关键词 半实物仿真 连射 多散射中心 前发导弹

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军工制造业数字化转型的系统方法论 被引量：6

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作者 于道林 朱文海 +1 位作者 庆骁 施国强 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期347-352,共6页

面对军工制造企业、服务商对数字化转型的认识,解决方案存在的不足,分析了军工制造业数字化转型的背景,通过研究先进制造模式、核心竞争力、价值链、生产(力)要素等思想,给出了军工制造业数字化转型的(泛化)目标,提出了亟待解决的若干问... 面对军工制造企业、服务商对数字化转型的认识,解决方案存在的不足,分析了军工制造业数字化转型的背景,通过研究先进制造模式、核心竞争力、价值链、生产(力)要素等思想,给出了军工制造业数字化转型的(泛化)目标,提出了亟待解决的若干问题,以及解决复杂系统问题的建议。军工制造业数字化转型是一项长期的战略行动,应依据设定的目标在转型过程中不断调优。 展开更多

关键词 军工制造业 数字化转型 系统工程 建模与仿真

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基于紧缩场的射频/红外复合半实物仿真方法研究 被引量：4

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作者 高阳 马静 +2 位作者 曲慧杨 魏群 费锦东 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1484-1494,共11页

随着复合传感器探测环境日趋复杂化,对复合传感器的性能要求越来越高,进而对复合仿真测试工具提出了迫切需求。对射频/红外复合传感器进行半实物仿真试验与测试,提出了一种基于紧缩场的射频/红外复合半实物仿真方法,由红外目标模拟器、... 随着复合传感器探测环境日趋复杂化,对复合传感器的性能要求越来越高,进而对复合仿真测试工具提出了迫切需求。对射频/红外复合传感器进行半实物仿真试验与测试,提出了一种基于紧缩场的射频/红外复合半实物仿真方法,由红外目标模拟器、射频目标模拟器、波束合成器等组成复合仿真系统。测试结果表明这种复合半实物仿真方法具有良好的透射射频/反射红外的能力,能够对射频/红外复合探测传感器进行实时半实物仿真测试。 展开更多

关键词 射频/红外 复合 传感器 仿真

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基于改进PPO算法的机械臂动态路径规划

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作者 万宇航 朱子璐 +3 位作者 钟春富 刘永奎 林廷宇 张霖 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第6期1462-1473,共12页

针对非结构化环境下机械臂路径规划面临的环境不确定性因素增多、建模难度大等问题,提出了一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的机械臂动态路径规划方法。针对由于动态环境中障碍物数量变化而导致的状态空间输入长度不固定的问题,提出... 针对非结构化环境下机械臂路径规划面临的环境不确定性因素增多、建模难度大等问题,提出了一种基于改进近端策略优化(PPO)算法的机械臂动态路径规划方法。针对由于动态环境中障碍物数量变化而导致的状态空间输入长度不固定的问题,提出了基于LSTM网络的环境状态输入处理方法,并对PPO算法的网络结构进行了改进;基于人工势场法设计了奖励函数,并建立机械臂碰撞检测模型。实验结果表明:改进算法能够适应场景中障碍物数量和位置的变化,具有更快的收敛速度和稳定性。 展开更多

关键词 动态路径规划 改进PPO算法 LSTM网络 人工势场法 ML-Agents

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关于武器系统数字孪生的若干思考 被引量：31

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作者 周军华 薛俊杰 +3 位作者 李鹤宇 姬杭 林廷宇 施国强 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期539-552,共14页

回顾了数字孪生技术的主要发展过程,提出了武器系统数字孪生研究和实践的必要性,给出了武器系统数字孪生的定义和组成,分析了数字孪生应用架构和数字主线构建、双向协同仿真与控制、智能自主演进和基于容器仿真云的数字孪生运行支撑等... 回顾了数字孪生技术的主要发展过程,提出了武器系统数字孪生研究和实践的必要性,给出了武器系统数字孪生的定义和组成,分析了数字孪生应用架构和数字主线构建、双向协同仿真与控制、智能自主演进和基于容器仿真云的数字孪生运行支撑等关键技术,阐述了若干关键技术的初步研究与实践,进行了总结和展望。 展开更多

关键词 武器系统 数字孪生 数字主线 仿真云

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基于EAV模型和Solr架构的云制造资源发现方法 被引量：3

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作者 耿超 曲世友 +4 位作者 肖莹莹 施国强 林廷宇 郭丽琴 王啸威 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2496-2506,共11页

提出了一种基于文本信息处理的云制造资源发现技术方案。该方案将云制造资源描述模型通过映射函数转化成文本信息处理中的形式化模型,设计出了一种云制造资源的EAV(Entity-Attribute-Value)衍生模型,解决了资源属性异构性、多样性、动... 提出了一种基于文本信息处理的云制造资源发现技术方案。该方案将云制造资源描述模型通过映射函数转化成文本信息处理中的形式化模型,设计出了一种云制造资源的EAV(Entity-Attribute-Value)衍生模型,解决了资源属性异构性、多样性、动态性等问题;通过引入Solr索引架构,实现了资源属性数据的文本索引体系构建,提升了相关数据的查询性能;设计实现了一个基于EAV模型和Solr搜索引擎的云制造资源发现服务原型系统应用在云制造平台上,提升了制造资源的发现匹配能力。 展开更多

关键词 EVA(Entity-Attribute-Value) SOLR 资源发现 云制造

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基于数字孪生的智能制造计划管理 被引量：8

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作者 肖莹莹 王玫 +2 位作者 郭丽琴 邢驰 庄长辉 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2323-2334,共12页

针对多品种、小批量制造模式下计划管理系统无法根据不确定因素及时自动调整,提出一种基于数字孪生的智能制造计划管理系统框架。建立了计划管理PDCA业务过程模型。提出了静态排程的周期滚动模型和动态应急排程的优化模型的处理逻辑和... 针对多品种、小批量制造模式下计划管理系统无法根据不确定因素及时自动调整,提出一种基于数字孪生的智能制造计划管理系统框架。建立了计划管理PDCA业务过程模型。提出了静态排程的周期滚动模型和动态应急排程的优化模型的处理逻辑和约束条件。以航天复杂产品两类零部件混线装配场景下的计划管理为背景,验证了本文提出的管理模式能够支持不同订单与资源状态的智能计划动态调整,提升车间应对不确定因素的处理效率。 展开更多

关键词 计划管理 智能制造 数字孪生 动态排程

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面向高可信度仿真的海量CAD模型实时绘制 被引量：1

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作者 薛俊杰 周军华 +1 位作者 施国强 曲慧杨 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期4659-4667,共9页

复杂产品高可信度仿真中使用的高精度、全尺寸三维模型数据量庞大、复杂度高,仅仅依靠现有计算机硬件性能难以满足仿真应用对实时绘制效率的要求。通过提出一种基于最小包围盒与多视角投影的模型几何度量方法,能够准确识别出模型中狭长... 复杂产品高可信度仿真中使用的高精度、全尺寸三维模型数据量庞大、复杂度高,仅仅依靠现有计算机硬件性能难以满足仿真应用对实时绘制效率的要求。通过提出一种基于最小包围盒与多视角投影的模型几何度量方法,能够准确识别出模型中狭长不规则的细小零件,并结合基于模型细节过滤的LOD自适应实时绘制算法,实现了对复杂产品海量CAD模型的实时绘制。最后,本文在波音777客机CAD模型上进行了实验验证,实验结果表明,采用本文算法能够显著提高海量CAD模型的实时绘制效率。 展开更多

关键词 高可信度 海量CAD模型 实时绘制 几何度量 LOD 绘制效率

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混合蛙跳算法自适应参数调整改进策略 被引量：14

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作者 肖莹莹 林廷宇 +2 位作者 李伯虎 侯宝存 施国强 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期1939-1950,共12页

针对基本混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFL)在求解高维复杂问题时的不足,本文提出一种自适应参数调整的改进策略。首先,利用变公比数列分析了SFL更新轨迹的收敛性;在此基础上,利用系统稳定性分析方法,提出在SFL更新公... 针对基本混合蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFL)在求解高维复杂问题时的不足,本文提出一种自适应参数调整的改进策略。首先,利用变公比数列分析了SFL更新轨迹的收敛性;在此基础上,利用系统稳定性分析方法,提出在SFL更新公式中基于比例系数和适应度标准差来自适应调整更新的方法。最后,基于3组共8个标准测试函数将本文改进SFL与基本SFL和4个改进型粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)作对比,验证了本文改进策略对各类复杂函数的高效性;同时,对比了改进SFL与基本SFL和wPSO在求解高维问题时的性能,验证了改进SFL对高维问题求解的有效性。 展开更多

关键词 混合蛙跳算法 收敛性 自适应参数调整 智能计算

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基于深度强化学习的机械臂控制方法 被引量：13

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作者 李鹤宇 赵志龙 +3 位作者 顾蕾 郭丽琴 曾贲 林廷宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2452-2457,共6页

深度强化学习在环境中不断探索尝试,通过奖励函数对神经网络参数进行调节。实际的生产线无法作为算法的试错环境,不能提供足够的数据,构建一个机械臂仿真环境,包括机械臂与物体两部分,根据目标设置状态变量与奖励机制,在模型中对深度确... 深度强化学习在环境中不断探索尝试,通过奖励函数对神经网络参数进行调节。实际的生产线无法作为算法的试错环境,不能提供足够的数据,构建一个机械臂仿真环境,包括机械臂与物体两部分,根据目标设置状态变量与奖励机制,在模型中对深度确定性策略梯度算法(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)进行训练,实现通过深度强化学习算法控制机械臂,将抓手移动至物体下方,改进控制算法的适应性,缩短调试时间。实验结果表明,深度学习算法能够在更短的时间内达到收敛,实现对机械臂的控制。 展开更多

关键词 系统仿真 UNITY 强化学习 神经网络

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