数字孪生驱动的机械工艺系统研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28970

Abstract

Abstract:

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.

Key words: digital twin, mechanical process system, product lifecycle, twin model, enabling technology

CLC Number:

TH166

Hao QI, Xiaoyue LI, Qiang TAO, Liang LI. Research progress of mechanical process system driven by digital twin[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(21): 628970.

Figures/Tables 14

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机构/研究者	年份	定义
美国空军研究实验室和NASA^［11］	2011	一种面向飞行器或系统的高集成度多物理场、多尺度、多概率的仿真模型，能够利用物理模型、传感器数据和历史数据等反映与该模型对应实体的功能、实时状态及演变趋势。
Glaessgen和Stargel^［12］	2012	数字孪生是一个综合多物理、多尺度、多概率模拟的复杂系统，使用最佳的物理模型、传感器更新和飞行器历史数据等镜像其飞行器数字孪生的生命。
赵敏^［13］	2016	物理世界的大多数物理实体产品将会在数字世界中有一个自己的 “镜像”式数字产品，可以通过数字虚体世界来精确控制、智能驱动物理实体世界中的任何设备。通过状态感知、分析计算、自我决策、精准执行、学习提升来实现人造技术系统的人造智能。
庄存波等^［14］	2017	产品数字孪生体通过集成设计/仿真、生产制造及使用，能够实现产品业务流程的全程可视化，规划细节，规避问题，闭合环路，优化整个系统。
陶飞等^［15］	2018	数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性，具有实时同步映射、高保真度特性，能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段。
西门子^［16］	2022	产品数字化、生产工艺流程数字化、设备数字化、数字孪生应完整再现整个企业。
ISO DIS 23247^［16］	2022	数字孪生是现实事物（或过程）具有特定目的的数字化表达，并通过适当频率的同步使物理实体与数字实例趋向一致。

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Research progress of mechanical process system driven by digital twin

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References 177

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