基于3D多组态的产线虚拟调试系统的设计与实现
这是一篇关于虚拟调试,产线仿真,3D多组态,数据双向驱动,OPC UA的论文, 主要内容为随着云计算、物联网、大数据等新一代信息技术与制造业的融合日益加深,全球的制造业进入了工业4.0时代,智能制造是制造业发展的新方向。数字孪生为智能制造的发展与应用提供了技术基础,虚拟调试技术作为数字孪生的一个应用,为智能制造生产线设计与调试提供了诸多便利。本文设计了一种基于3D多组态的产线虚拟调试系统,能够实现在产线未搭建完成时进行产线流程以及程序、逻辑调试,降低产线调试的时间风险和安全风险。本文主要研究内容包括以下几个方面:基于组态化思想,将产线仿真系统关键装备特性分为3D模型组态、设备运动组态、生产事件组态以及产线逻辑组态,并建立产线仿真系统关键装备的多组态仿真模型。在多组态仿真模型的基础上,通过组态间的关联与映射构建产线关键要素间的弱装配关系,实现基于3D多组态的产线仿真系统的构建,从而为虚拟调试系统中虚拟产线快速搭建与运动仿真提供了软件架构支持。针对虚拟调试系统中数据双向交互问题,设计了基于工业以太网和OPC UA通讯的数据交互架构,基于工业以太网实现物理设备之间数据的集成通讯和快速传输,OPC UA通讯构建仿真软件与总控PLC程序之间的连接。设计了仿真软件的数据交互模块,构建了OPC UA客户端,实现了通过PLC程序控制虚拟产线仿真运行进而调试PLC程序。在产线仿真软件中搭建了柔性制造生产线,并实现了产线的逻辑设计与仿真调试。根据虚拟产线的运行逻辑编写了总控PLC程序,通过PLC程序控制虚拟产线的运行,利用虚拟调试系统对PLC程序进行调试与修改。最后将程序应用于现场,验证了虚拟调试系统的功能。
面向仓储物流通信的数字孪生虚拟调试系统设计与实现
这是一篇关于数字孪生,虚拟调试,OPC UA,工业物联网云平台的论文, 主要内容为智能化的现代仓储物流体系可以为先进制造业提供高效可靠的物流保障,而数字孪生是实现现代仓储物流体系的关键技术之一。目前,国内仓储物流企业存在信息化程度较低、资源利用率低下、信息沟通困难等问题。帮助企业将数字孪生融入仓储物流系统中,构建虚拟仓储物流产线调试系统,可以有效减少产线前期设备调试成本,提高后期管理与维护效率。本文对仓储物流的物联网与控制系统虚拟调试展开研究,主要工作如下:一、针对现代仓储物流场景,设计了一套场景搭建方案,可实现货物的入库、搬运、储存、出库等仓储物流产线的基本功能。分析了场景中ABB和优傲的工业六轴机器人、西门子和KEBA的PLC、AGV及RFID设备的工作职责、虚拟环境搭建方案及数据通信方案。测试结果表明该方案采集的数据具有高可信度,采集不同虚拟环境中仿真设备的运行数据可作为整个数字孪生系统的数据源。二、针对现代仓储物流系统数字化智能化升级需求问题,设计并实现了面向仓储物流环境下的工业物联网平台与虚拟调试控制系统。提出了数字孪生系统的六层架构,根据六层架构搭建系统各通信调试模块。使用混合编程技术实现系统与虚拟设备的数据通信,使用OPC UA技术和My SQL数据库完成多源异构数据的统一处理与存储。对工业物联网平台进行云部署和二次开发,研究了常用物联网通信协议及通信方式。以Solidworks、3ds Max、Unity3D多软件协同开发,完成虚拟调试场景的搭建和对外通信,实现设备模型的数据映射,实时仿真。测试结果表明,系统实现了虚拟调试、实时仿真、历史仿真等功能,降低了测试与维护成本。
面向仓储物流通信的数字孪生虚拟调试系统设计与实现
这是一篇关于数字孪生,虚拟调试,OPC UA,工业物联网云平台的论文, 主要内容为智能化的现代仓储物流体系可以为先进制造业提供高效可靠的物流保障,而数字孪生是实现现代仓储物流体系的关键技术之一。目前,国内仓储物流企业存在信息化程度较低、资源利用率低下、信息沟通困难等问题。帮助企业将数字孪生融入仓储物流系统中,构建虚拟仓储物流产线调试系统,可以有效减少产线前期设备调试成本,提高后期管理与维护效率。本文对仓储物流的物联网与控制系统虚拟调试展开研究,主要工作如下:一、针对现代仓储物流场景,设计了一套场景搭建方案,可实现货物的入库、搬运、储存、出库等仓储物流产线的基本功能。分析了场景中ABB和优傲的工业六轴机器人、西门子和KEBA的PLC、AGV及RFID设备的工作职责、虚拟环境搭建方案及数据通信方案。测试结果表明该方案采集的数据具有高可信度,采集不同虚拟环境中仿真设备的运行数据可作为整个数字孪生系统的数据源。二、针对现代仓储物流系统数字化智能化升级需求问题,设计并实现了面向仓储物流环境下的工业物联网平台与虚拟调试控制系统。提出了数字孪生系统的六层架构,根据六层架构搭建系统各通信调试模块。使用混合编程技术实现系统与虚拟设备的数据通信,使用OPC UA技术和My SQL数据库完成多源异构数据的统一处理与存储。对工业物联网平台进行云部署和二次开发,研究了常用物联网通信协议及通信方式。以Solidworks、3ds Max、Unity3D多软件协同开发,完成虚拟调试场景的搭建和对外通信,实现设备模型的数据映射,实时仿真。测试结果表明,系统实现了虚拟调试、实时仿真、历史仿真等功能,降低了测试与维护成本。
基于数字孪生的加工中心监控技术研究与实现
这是一篇关于数字孪生,材料去除,实时监控,虚拟调试的论文, 主要内容为随着信息技术的快速发展,智能化和数字化成为工业领域的研究热点。机床作为制造业的核心,其智能化水平对行业升级转型有重要意义。本文以XHK716双系统立式加工中心为研究对象,针对机床智能化监控和虚拟调试等需求,设计并开发了一套基于数字孪生技术的加工中心监控系统。本文的主要研究内容如下:(1)完成了监控系统方案设计。提出了系统设计目标,分析了系统功能需求,确定了系统整体架构;对系统开发过程中的三个关键问题(孪生模型构建、工件材料去除、数据采集与存储)提出了解决方案;最后确定了系统开发工具。(2)基于多维度构建了物理机床的孪生模型。在虚拟空间中,从几何和逻辑两个维度描述加工中心:使用建模软件对加工中心主要零部件进行绘制和渲染,在图形引擎中对零部件运动关系进行约束,从而实现加工中心几何建模;分析了物理机床运行逻辑,设计了孪生机床的工作模式和底层架构,建立了基于事件驱动的孪生机床零部件状态监控模型,从而实现加工中心逻辑建模。(3)实现了加工过程材料去除仿真。在加工过程中,基于通用刀具模型构建了刀具扫描体,在屏幕空间中使用可编程渲染管线对刀具扫描体和工件图像进行布尔运算,从而实现材料去除视觉效果,在世界空间中使用实体布尔运算对工件三角面进行切割,从而实现工件几何模型重构。(4)实现了多源异构数据采集与存储。搭建了通信链路,使用数控系统二次开发接口完成了数控系统信息采集,使用S7协议完成了主轴有功功率信号采集,使用TCP协议实现了本地和远程监控系统信息交互,使用通信接口完成了My SQL数据库读写操作。(5)完成了监控系统开发与测试。开发了监控系统人机交互界面,对系统功能模块进行了集成,使用不同加工工艺对系统实时监控功能和虚拟调试功能展开测试,运行过程中,CPU最大利用率不超过34%,GPU最大利用率不超过29%,内存最大利用率不超过57%,最低帧率大于73,最高通信延时大于160ms,实验结果证明了系统的稳定性和可靠性。
基于数字孪生的加工中心监控技术研究与实现
这是一篇关于数字孪生,材料去除,实时监控,虚拟调试的论文, 主要内容为随着信息技术的快速发展,智能化和数字化成为工业领域的研究热点。机床作为制造业的核心,其智能化水平对行业升级转型有重要意义。本文以XHK716双系统立式加工中心为研究对象,针对机床智能化监控和虚拟调试等需求,设计并开发了一套基于数字孪生技术的加工中心监控系统。本文的主要研究内容如下:(1)完成了监控系统方案设计。提出了系统设计目标,分析了系统功能需求,确定了系统整体架构;对系统开发过程中的三个关键问题(孪生模型构建、工件材料去除、数据采集与存储)提出了解决方案;最后确定了系统开发工具。(2)基于多维度构建了物理机床的孪生模型。在虚拟空间中,从几何和逻辑两个维度描述加工中心:使用建模软件对加工中心主要零部件进行绘制和渲染,在图形引擎中对零部件运动关系进行约束,从而实现加工中心几何建模;分析了物理机床运行逻辑,设计了孪生机床的工作模式和底层架构,建立了基于事件驱动的孪生机床零部件状态监控模型,从而实现加工中心逻辑建模。(3)实现了加工过程材料去除仿真。在加工过程中,基于通用刀具模型构建了刀具扫描体,在屏幕空间中使用可编程渲染管线对刀具扫描体和工件图像进行布尔运算,从而实现材料去除视觉效果,在世界空间中使用实体布尔运算对工件三角面进行切割,从而实现工件几何模型重构。(4)实现了多源异构数据采集与存储。搭建了通信链路,使用数控系统二次开发接口完成了数控系统信息采集,使用S7协议完成了主轴有功功率信号采集,使用TCP协议实现了本地和远程监控系统信息交互,使用通信接口完成了My SQL数据库读写操作。(5)完成了监控系统开发与测试。开发了监控系统人机交互界面,对系统功能模块进行了集成,使用不同加工工艺对系统实时监控功能和虚拟调试功能展开测试,运行过程中,CPU最大利用率不超过34%,GPU最大利用率不超过29%,内存最大利用率不超过57%,最低帧率大于73,最高通信延时大于160ms,实验结果证明了系统的稳定性和可靠性。
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