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数字孪生制造装备高可用运行协同的计算方法
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作者 丁国富 刘名远 +3 位作者 谢家翔 张剑 张海柱 郑庆 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第1期194-204,共11页
在数字孪生技术中,复杂模型和生产逻辑的运行会消耗大量资源,且硬件能力与用户需求存在差异,进而导致模拟精度和实时性难以得到保证,降低系统可用性.为此,提出一种可视化与逻辑运算协同处理的数字孪生制造装备实时同步计算框架.首先,根... 在数字孪生技术中,复杂模型和生产逻辑的运行会消耗大量资源,且硬件能力与用户需求存在差异,进而导致模拟精度和实时性难以得到保证,降低系统可用性.为此,提出一种可视化与逻辑运算协同处理的数字孪生制造装备实时同步计算框架.首先,根据车间多维度信息构建设备数字模型,考虑硬件能力和用户个性化计算需求,提出可配置、自适应的系统环境映射方法以修正模拟保真度,确保孪生装备的实时准确运行,并以光照环境映射为例说明其流程;然后,提出基于仿真的六自由度机械手运动逻辑解算算法,将渲染帧时作为仿真时钟推进步长,保证模型运动准确以及可视化与解算同步,并将算法泛化,以应用到其他多体设备中;最后,基于Web设计并开发数字孪生车间建模仿真云平台,以六自由度机械手与某转向架构架加工车间为应用对象对所提方法进行验证.结果表明:随着映射保真度自适应下降,模拟响应速度提升45%,同时GPU和CPU的资源利用率有效降低;证明本文所提方法可实现资源合理配置与系统高效计算,并减少误差累计,是一种高可用的实时协同计算方法. 展开更多
关键词 数字孪生车间 制造装备 高可用 协同计算 环境映射 运动逻辑解算
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基于虚拟样机的动力减振镗杆设计研究 被引量:4
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作者 谢斌斌 赵淑军 +2 位作者 李萍奎 马术文 丁国富 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2010年第10期1408-1411,1416,共5页
针对深孔瓶腔零件加工难题,采用动力减振方式设计一套大长径比的镗杆。在理论模型的分析基础上,初步设计镗杆结构。对于不能作为设计变量的参数,则设计几组相关参数,利用虚拟样机技术分别建立仿真模型,通过仿真对减振效果进行比较。从... 针对深孔瓶腔零件加工难题,采用动力减振方式设计一套大长径比的镗杆。在理论模型的分析基础上,初步设计镗杆结构。对于不能作为设计变量的参数,则设计几组相关参数,利用虚拟样机技术分别建立仿真模型,通过仿真对减振效果进行比较。从而确定性能最优的模型;对于可作为设计变量的参数,则利用ADAMS的优化计算,确定系统的最佳参数。然后根据最佳的参数设计镗杆。最后,对减振镗杆进行切削实验,验证减振效果。通过切削实验对比,减振镗杆镗孔的质量要明显好于普通镗杆,并在实际生产中解决了一个深孔瓶腔零件的加工问题。 展开更多
关键词 虚拟样机 动力减振 深孔瓶腔零件 镗杆设计
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圆弧头立铣刀端刃CNC磨削仿真技术研究 被引量:6
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作者 刘建军 黎荣 +2 位作者 程雪锋 金晓波 丁国富 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2012年第10期84-89,共6页
介绍一种圆弧头立铣刀端刃的通用建模及CNC磨削仿真技术。运用空间矢量旋转原理,对过中心和不过中心端齿刃线建立通用数学模型。基于所建立的精确刃线数模,研究了立铣刀端刃前、后刀面的磨削加工工艺并计算出砂轮的运动轨迹和刀轴矢量... 介绍一种圆弧头立铣刀端刃的通用建模及CNC磨削仿真技术。运用空间矢量旋转原理,对过中心和不过中心端齿刃线建立通用数学模型。基于所建立的精确刃线数模,研究了立铣刀端刃前、后刀面的磨削加工工艺并计算出砂轮的运动轨迹和刀轴矢量。开发了五轴数控磨床的后置处理程序和基于VERICUT软件的虚拟仿真环境,加工出三类不同齿数的立铣刀端齿模型,对获得的刀位数据正确性进行了验证。以两齿过中心的四齿平底立铣刀为例,通过测量仿真模型和加工实物的结构参数并与设计参数进行对比,验证了提出的磨削仿真技术的可行性。 展开更多
关键词 端刃过中心 空间矢量旋转 后置处理 VERICUT软件 磨削仿真
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城市轨道交通工程BIM技术综述 被引量:28
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作者 农兴中 史海欧 +3 位作者 袁泉 曾文驱 郑庆 丁国富 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期451-460,F0002,共11页
城市轨道交通工程是一项多专业、多角色在多约束、长周期、大投入下的复杂系统工程,采用BIM(building information modeling)技术是实现其高效率、规范化、低成本、全面协同的关键.详细分析城市轨道交通工程建造的复杂性,总结当前城市... 城市轨道交通工程是一项多专业、多角色在多约束、长周期、大投入下的复杂系统工程,采用BIM(building information modeling)技术是实现其高效率、规范化、低成本、全面协同的关键.详细分析城市轨道交通工程建造的复杂性,总结当前城市轨道交通领域BIM技术的研究和应用现状,包括4种主要应用模式:面向建造、面向协同设计和分析、基于商业软件平台、基于开放式平台的BIM工程.在分析当前研究及应用不足的基础上,归纳城市轨道交通工程中BIM技术面临的三大问题挑战:全生命周期大量模型共享的统一性问题;基于BIM的多专业、多CAD/CAE软件协同问题;全生命周期海量信息数字化、高效率、低成本管理与应用问题.为弥补现有不足、解决城市轨道交通工程中BIM技术所面临的问题,提出城市轨道交通工程BIM技术发展的主要趋势:面向全生命周期一体化协同管理及平台、基于BIM的多专业正向协同三维设计、面向智能建造和运维的BIM规范性设计、基于IFC(industry foundation class)的BIM表达与共享、BIM技术与信息化的深度融合. 展开更多
关键词 城市轨道交通 建筑信息模型 研究现状 挑战与趋势
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低成本IMU与RFID技术结合的AGV实时定位方法研究 被引量:2
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作者 王爽 石朝 +1 位作者 曾大懿 邹益胜 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第5期269-272,共4页
针对低成本惯性测量单元(IMU)在室内定位应用中普遍存在漂移严重、精度较低等问题,通过实验分析低成本传感器误差特点,并提取其定位误差特征,提出一种基于低成本IMU的自动导引车(AGV)室内实时定位误差补偿方法,以提高其定位精度。为解... 针对低成本惯性测量单元(IMU)在室内定位应用中普遍存在漂移严重、精度较低等问题,通过实验分析低成本传感器误差特点,并提取其定位误差特征,提出一种基于低成本IMU的自动导引车(AGV)室内实时定位误差补偿方法,以提高其定位精度。为解决惯性导航位置解算存在累积误差的问题,将RFID电子标签作为参考节点,实现累积误差的定期消除,进一步提高AGV的定位精度。实验验证表明,相较于单纯使用低成本IMU定位,这里方法定位精度提高了31%。 展开更多
关键词 AGV 室内定位 惯性定位 RFID 组合定位
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列车运行动态仿真研究 被引量:8
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作者 丁国富 张卫华 +1 位作者 刘伯兴 池茂儒 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第8期1697-1700,共4页
针对列车在轨道线路上运行是一个动力学过程,本文研究了列车动力学的计算机仿真。扩展过去的数值仿真模式,从集成综合仿真的角度,建立了数值、几何简化模型和运动模拟相结合的直观仿真方法,给出了数学、列车几何模型和线路等相关模型的... 针对列车在轨道线路上运行是一个动力学过程,本文研究了列车动力学的计算机仿真。扩展过去的数值仿真模式,从集成综合仿真的角度,建立了数值、几何简化模型和运动模拟相结合的直观仿真方法,给出了数学、列车几何模型和线路等相关模型的建立方法和相互之间的数据协调方式,并对列车的基于图象帧的动态仿真理论进行了深入的研究,形成了列车动力学综合仿真集成软件,在使用过程中得到了良好的评价。 展开更多
关键词 计算机仿真 列车动力学 可视化 计算机图形学 机车车辆
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伸缩式双刃深孔镗刀设计及有限元分析 被引量:11
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作者 黄丽 赵淑军 +2 位作者 张文光 张吉辉 丁国富 《机械设计与制造》 北大核心 2008年第11期6-8,共3页
针对外小内大的深孔瓶腔加工难题,设计了一种伸缩式双刃深孔镗刀系统。运用ANSYS有限元法,对设计的双刃镗刀系统及目前使用的单刃镗刀系统的简化模型进行了有限元分析,得到两种简化模型的前四阶固有频率、振型以及幅值-频率响应曲线,并... 针对外小内大的深孔瓶腔加工难题,设计了一种伸缩式双刃深孔镗刀系统。运用ANSYS有限元法,对设计的双刃镗刀系统及目前使用的单刃镗刀系统的简化模型进行了有限元分析,得到两种简化模型的前四阶固有频率、振型以及幅值-频率响应曲线,并将二者结果进行比较,证明了伸缩式双刃镗刀系统的正确性及可行性。 展开更多
关键词 伸缩式双刃镗刀 深孔镗削 振动 有限元分析
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开放式数控及柔性制造实验系统的构建 被引量:5
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作者 黎荣 江磊 +2 位作者 丁国富 马术文 张静海 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2010年第4期131-133,139,共4页
分析了高校毕业生需要掌握先进制造技术,熟悉先进制造装备的必要性。介绍了柔性制造实验系统的原理、组成和功能,及"NC嵌入PC"型开放式数控系统的结构模式。将柔性制造系统与开放式数控技术有机结合构建出集成的实验系统,并... 分析了高校毕业生需要掌握先进制造技术,熟悉先进制造装备的必要性。介绍了柔性制造实验系统的原理、组成和功能,及"NC嵌入PC"型开放式数控系统的结构模式。将柔性制造系统与开放式数控技术有机结合构建出集成的实验系统,并开发出两大类实验体系。 展开更多
关键词 开放式数控 柔性制造系统 实验教学
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基于组件的虚拟原型下的多体动力学仿真研究 被引量:2
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作者 王颋 丁国富 +2 位作者 张卫华 闫开印 许明恒 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期643-648,共6页
通过分析机械系统多体动力学解算模型特点,从机械产品的协作开发与仿真角度,研究了基于组件方法建立机械系统虚拟原型,提出利用MVC设计模式构建多体动力学解算仿真模型。这种解算模式,实现了多体动力学解算仿真中,模型与解算逻辑的分离... 通过分析机械系统多体动力学解算模型特点,从机械产品的协作开发与仿真角度,研究了基于组件方法建立机械系统虚拟原型,提出利用MVC设计模式构建多体动力学解算仿真模型。这种解算模式,实现了多体动力学解算仿真中,模型与解算逻辑的分离,维护了系统仿真中构件、铰约束、力元等组件的状态一致性。利于在不同的解算逻辑下组件和仿真方案的配置,方便了基于组件的协同开发与仿真。结果表明,基于组件的机械虚拟原型模型与多体动力学MVC仿真模型是可行的。 展开更多
关键词 虚拟样机 仿真模型 多体动力学 设计模式 CAE UML
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基于组件的多体系统虚拟原型的分析模型研究 被引量:1
10
作者 王颋 丁国富 +2 位作者 张卫华 闫开印 许明恒 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期943-946,950,共5页
并行工程角度出发的机械虚拟原型是集成了产品的设计、分析,不断迭代、优化的过程,模型的协调一致性是保证设计过程完整的关键,如产品模型在CAD模型与机械多体动力学模型中的一致性表达。在这种观点下,提出在建立基于组件的机械系统虚... 并行工程角度出发的机械虚拟原型是集成了产品的设计、分析,不断迭代、优化的过程,模型的协调一致性是保证设计过程完整的关键,如产品模型在CAD模型与机械多体动力学模型中的一致性表达。在这种观点下,提出在建立基于组件的机械系统虚拟原型时,从CAD中抽取多体动力学模型构件的物理属性,研究了国产三维实体设计软件CAXA环境下,基于多刚体系统动力学笛卡尔方法,从CAD模型映射多刚体动力学分析模型语义的实现方案。分析了多刚体系统动力学模型语义下,万向节装配体的惯量张量、滑移铰约束模型坐标基变换关系的抽取,实验结果表明,从CAD中抽取多体动力学模型的物理属性的方案是可行的,可以用于建立基于组件的多体系统虚拟原型的分析模型,实现自主开发设计、分析集成的机械虚拟原型。 展开更多
关键词 虚拟原型 组件模型 多体动力学 CAD CAE
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机车车辆虚拟样机调度平台设计与开发 被引量:1
11
作者 刘佳 丁国富 +1 位作者 邹益胜 王晓余 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2008年第3期816-819,共4页
简要介绍了机车车辆虚拟样机的发展现状,针对机车车辆虚拟样机系统协同设计的需求,提出了机车车辆虚拟样机调度平台,基于研究现状对该平台进行了功能的完善。按照协同的观点规范了机车车辆虚拟样机各部分的任务,并采用数据管理、子系统... 简要介绍了机车车辆虚拟样机的发展现状,针对机车车辆虚拟样机系统协同设计的需求,提出了机车车辆虚拟样机调度平台,基于研究现状对该平台进行了功能的完善。按照协同的观点规范了机车车辆虚拟样机各部分的任务,并采用数据管理、子系统调控、文件管理、工作流管理、系统安全等技术,研究了基于产品数据管理的机车车辆虚拟样机调度平台的关键技术,开发了分布式网络工作环境下协同的机车车辆虚拟样机调度平台。通过初步试运行,表明该平台能有效地支持分布式网络工作环境下机车车辆虚拟样机的协同开发。 展开更多
关键词 虚拟样机 调度平台 协同工作 产品数据管理
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高层次工艺规划前置处理接口技术
12
作者 黎荣 王金诺 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期701-705,共5页
根据并行工程的基本原理,提出了一种基于完整设计信息的高层次工艺规划原型系统.该原型系统以完整的三维设计模型为信息源,因此需开发完善的前置信息处理接口,以获取有效的设计信息并将其转化为制造时工艺分析能直接使用的制造信息.前... 根据并行工程的基本原理,提出了一种基于完整设计信息的高层次工艺规划原型系统.该原型系统以完整的三维设计模型为信息源,因此需开发完善的前置信息处理接口,以获取有效的设计信息并将其转化为制造时工艺分析能直接使用的制造信息.前置处理接口中的设计模型信息提取接口用三维CAD软件的二次开发技术提取完整的零件结构信息;制造特征映射接口用三维特征识别和映射技术将提取的设计信息转换为制造模型.两个接口程序集成后,可获得零件的制造特征树和制造模型信息库,有效地支持HLPP. 展开更多
关键词 前置处理 设计信息提取接口 制造特征映射接口 制造模型 设计模型 特征树
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数字孪生演进模型及其在智能制造中的应用 被引量:16
13
作者 江海凡 丁国富 +3 位作者 肖通 樊孟杰 付建林 张剑 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1386-1394,共9页
数字孪生作为实现智能制造信息物理融合的关键使能技术受到广泛关注,而如何构建数字孪生模型成为当前研究的热点.目前,数字孪生模型多聚焦于概念抽象或具体工程应用,而较少从构建方法和过程的角度考虑如何分阶段、有步骤地构建和应用数... 数字孪生作为实现智能制造信息物理融合的关键使能技术受到广泛关注,而如何构建数字孪生模型成为当前研究的热点.目前,数字孪生模型多聚焦于概念抽象或具体工程应用,而较少从构建方法和过程的角度考虑如何分阶段、有步骤地构建和应用数字孪生模型.因此,本文提出数字孪生演进模型的概念,将数字孪生构建与应用过程分为数字模型、数字投影以及数字孪生3个演进阶段,给出各演进阶段的应用方法、关键技术与工具平台,并探讨数字孪生演进模型在智能装备、智能生产、智能运维方面的典型应用.研究结果表明:所提模型为数字孪生在智能制造中的分步实施提供了可行的技术路线与有益的应用参考. 展开更多
关键词 数字孪生 数字孪生演进模型 智能制造 技术路线图 应用
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XH718加工中心的热误差补偿研究 被引量:11
14
作者 马术文 徐中行 +3 位作者 刘立新 林健 阎守红 鲁远栋 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第4期511-514,共4页
在分析某XH718加工中心主轴及主轴箱结构和热源的基础上,在主轴箱上初步选择多个测温点,根据测温点温度和主轴热误差的数据,应用模糊聚类分析和相关性分析对测温点进行了优化,确定最小数量的关键测温点。然后应用多元线性回归理论建立... 在分析某XH718加工中心主轴及主轴箱结构和热源的基础上,在主轴箱上初步选择多个测温点,根据测温点温度和主轴热误差的数据,应用模糊聚类分析和相关性分析对测温点进行了优化,确定最小数量的关键测温点。然后应用多元线性回归理论建立了关键测温点的温升和热误差的数学模型。数学模型在加工中心上补偿后的数据表明,可以在很大程度上改进加工中心的精度,达到了客户需要的精度要求。 展开更多
关键词 加工中心 热误差补偿 多元线性回归 模糊聚类
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大规模柔性作业车间组批调度及求解方法研究 被引量:7
15
作者 尹慢 王爽 +1 位作者 张剑 邹益胜 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第6期32-34,38,共4页
针对大规模柔性作业车间排程调度问题,采用基于工件组批调度方法降解问题规模,并利用自适应遗传算法优化求解.该方法首先将加工工艺类似、管径尺寸在同一范围内且毛坯材质相同的零件进行组批,从而减小问题求解规模.其次在优化过程中,采... 针对大规模柔性作业车间排程调度问题,采用基于工件组批调度方法降解问题规模,并利用自适应遗传算法优化求解.该方法首先将加工工艺类似、管径尺寸在同一范围内且毛坯材质相同的零件进行组批,从而减小问题求解规模.其次在优化过程中,采用OBX(Order-Based Crossover)交叉方法,根据最优交叉点个数与染色体长度的关系,改进自适应遗传算法,提高其优化速度及求解能力.最后经实例验证该方法可以有效地缩减工件完工时间、减少订单拖延期和寻优时间. 展开更多
关键词 大规模调度 柔性作业车间 组批 自适应遗传算法 OBX交叉算子
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基于PC运动控制板卡的交流伺服控制系统实验平台设计与实现 被引量:5
16
作者 王天宇 龚邦明 《机床与液压》 北大核心 2013年第19期97-99,共3页
基于PC的伺服运动控制在工业生产中的应用十分广泛,利用PC机的开放式资源和第三方软件完成用户应用程序的开发,利用LabWindows/CVI生成的应用程序指令通过总线传递给DFJH_9030运动控制卡。运动控制器则根据上位机的程序命令,按照设定的... 基于PC的伺服运动控制在工业生产中的应用十分广泛,利用PC机的开放式资源和第三方软件完成用户应用程序的开发,利用LabWindows/CVI生成的应用程序指令通过总线传递给DFJH_9030运动控制卡。运动控制器则根据上位机的程序命令,按照设定的运动模式向松下MINAS J电机驱动器发出运动指令,完成伺服轴相应的实时运动规划,达到用平台实验测试结构动态性能的目的。 展开更多
关键词 LABWINDOWS CVI DFJH_9030运动控制卡 伺服系统 动态分析
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面向生产过程管控的数据建模、集成与存储技术 被引量:7
17
作者 孙云 江海凡 丁国富 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期356-365,共10页
针对生产过程管控系统在实施过程中存在的统一数据模型缺乏、多种通信接口难以维护、传统存储架构性能低下等问题,在分析生产过程数据特性的基础上,基于EXPRESS-G图构建了车间统一数据模型,基于通信适配层实现了多种通信协议的集成与维... 针对生产过程管控系统在实施过程中存在的统一数据模型缺乏、多种通信接口难以维护、传统存储架构性能低下等问题,在分析生产过程数据特性的基础上,基于EXPRESS-G图构建了车间统一数据模型,基于通信适配层实现了多种通信协议的集成与维护,基于Redis-MongoDB-HDFS架构实现了大规模生产数据的高性能存储。以某柔性制造单元生产管控系统的实施为例,验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 生产过程管控系统 数据模型 数据集成 数据存储
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考虑人员能力差异的多人共站混流装配线平衡研究 被引量:3
18
作者 徐责 宋小欣 +2 位作者 付建林 李冉 郭美玲 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2020年第11期33-40,共8页
在手工装配程度较高、产品体积较大及多名工人在同一站位操作的混流装配生产线中,由于工人能力差异,导致工序实际加工时间不是严格符合标准工时。为实现考虑工人能力差异的多人共站混流装配线平衡,在考虑工序人数要求与工序优先顺序等... 在手工装配程度较高、产品体积较大及多名工人在同一站位操作的混流装配生产线中,由于工人能力差异,导致工序实际加工时间不是严格符合标准工时。为实现考虑工人能力差异的多人共站混流装配线平衡,在考虑工序人数要求与工序优先顺序等约束下,建立多人共站混流装配线多目标优化模型,并采用遗传算法进行求解。最后通过工程实例求解与仿真,验证该方法的有效性。 展开更多
关键词 能力差异 多人共站 混流装配线 装配线平衡 多目标优化
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基于遗传模拟退火算法的柔性制造系统设备配置优化 被引量:3
19
作者 徐修立 陈浩杰 +1 位作者 王巧玲 张剑 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2019年第9期23-27,共5页
针对柔性制造系统多品种少批量生产模式,考虑规划期内产品零件需求约束及车间零件加工工艺路径可选的特点,建立了设备配置优化的0-1混合整数规划模型,并设计采用了遗传模拟退火算法求解。算法结合遗传算法的全局并行搜索特性及模拟退火... 针对柔性制造系统多品种少批量生产模式,考虑规划期内产品零件需求约束及车间零件加工工艺路径可选的特点,建立了设备配置优化的0-1混合整数规划模型,并设计采用了遗传模拟退火算法求解。算法结合遗传算法的全局并行搜索特性及模拟退火算法的优良局部搜索能力,采用约束满足技术转换成目标函数值进行优化。实例结果表明模型实用性强且求解算法的收敛精度高、稳定性好。 展开更多
关键词 柔性制造 设备配置优化 整数规划 遗传模拟退火算法
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应用遗传模糊聚类实现点云数据区域分割 被引量:12
20
作者 李海伦 黎荣 +1 位作者 丁国富 葛源坤 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2012年第5期1974-1976,共3页
为了准确地实现点云数据的区域分割,将基于遗传算法的模糊聚类算法应用于逆向工程中的点云数据区域分割中。首先估算出法矢量、高斯曲率和平均曲率,并与坐标一起组成八维特征向量,用加权距离代替欧氏距离,然后通过遗传算法获得全局最优... 为了准确地实现点云数据的区域分割,将基于遗传算法的模糊聚类算法应用于逆向工程中的点云数据区域分割中。首先估算出法矢量、高斯曲率和平均曲率,并与坐标一起组成八维特征向量,用加权距离代替欧氏距离,然后通过遗传算法获得全局最优解的近似解;最后将近似解作为模糊聚类的初始解进行迭代,实现点云数据的区域分割,从而避免传统FCM算法的局部性和对初始解的敏感性,减少了迭代次数。以汽车钣金件为例,证明了应用遗传模糊聚类实现点云数据区域分割的有效性,并验证了该方法能快速、准确地实现点云数据的区域分割。 展开更多
关键词 模糊聚类 遗传算法 区域分割 点云数据 逆向工程
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