数字孪生驱动的机械工艺系统研究进展
收稿日期: 2023-05-06
修回日期: 2023-06-23
录用日期: 2023-08-14
网络出版日期: 2023-09-06
基金资助
国家自然科学基金(52305476);山东省自然科学基金(ZR2022QE043)
Research progress of mechanical process system driven by digital twin
Received date: 2023-05-06
Revised date: 2023-06-23
Accepted date: 2023-08-14
Online published: 2023-09-06
Supported by
National Natural Science Foundation of China(52305476);Shandong Natural Science Foundation(ZR2022QE043)
数字孪生技术以数字化方式创建物体虚拟模型，基于数据模拟物体现实中的行为，借助虚实反馈、数据融合分析、决策迭代优化等方式，达到缩短产品研发周期、降低成本的目的。机械工艺系统中存在诸多问题如加工过程监测实时性和交互性差、设备故障难以诊断、加工误差影响大等，数字孪生技术是解决这些问题的有效手段。本文阐述了数字孪生的基本概念和数字孪生驱动的机械工艺系统技术路线；归纳了基于数字孪生技术建立虚实交互系统、实现多模型融合以及数据感知、算法预测和智能决策的关键技术等；从产品设计、产品制造、产品服务3个阶段总结了数字孪生驱动的机械工艺系统在产品全生命周期各阶段的具体应用，实现了产品的方案制定、加工状态监测及预测、加工参数优化、设备预测性维护和加工工艺评价等功能；探讨了新兴使能技术为数字孪生驱动的机械工艺系统带来的机遇和挑战。从关键技术、应用方向和数据利用3方面展望了未来发展趋势，以期为后续研究提供参考。
戚浩 , 李晓月 , 陶强 , 李亮 . 数字孪生驱动的机械工艺系统研究进展[J]. 航空学报, 2024 , 45(21) : 628970 -628970 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.28970
Digital twin technology creates a virtual model of the object in a digital way， simulates the behavior of the object in reality based on the data， and achieves the purpose of shortening the product development cycle and reducing the cost by means of virtual and real feedback， data fusion analysis， and decision iteration optimization. There are many problems in the mechanical process system， such as poor real-time and interactivity of machining process monitoring， difficulty in diagnosing equipment faults， and large influence of machining errors. Digital twin technology is an effective way to solve these problems. This paper expounds the basic concept of digital twin and the technical route of mechanical process system driven by digital twin. The key technologies of virtual-real interaction system， multi-model fusion， algorithm prediction and intelligent decision-making based on digital twin technology are summarized. The specific applications of digital twin-driven mechanical process systems in each stage of the product lifecycle： product design， product manufacturing and product service， are summarized， and the functions of scheme formulation， process monitoring， process parameter optimization， equipment predictive maintenance and process evaluation of machined parts are realized. The opportunities and challenges brought by emerging enabling technologies for mechanical process system driven by digital twin are discussed. The future development trend is prospected from three aspects： key technology， application direction and data utilization， in order to provide reference for subsequent research.
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