基于数字孪生的设备运行状态远程监测技术研究

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服务型制造逐渐成为智能制造的主流业态,发展服务型制造是重塑我国制造业价值链、推动产业升级的有效途径,从而对设备远程监测提出了更高的要求。设备远程监测一直是国内外研究的热点,特别是近些年来,随着数字孪生技术爆发式发展,基于数字孪生的机电设备远程监测在国内外得到了大力的发展。本文将利用利用云服务器和云直播技术,构建一套基于数字孪生技术的设备运行状态远程监测系统,用来提高监测的准确度并降低监测的难度。本文的主要工作包括两部分:(1)设计了包含底层、中层和上层的基于数字孪生的设备运行状态远程监测系统整体架构。通过利用控制器获取内部工况数据、利用采集卡获取外部传感器数据,完成机电设备数据的采集,然后通过构建对应数据单元保证数据的完整性;通过建立生产者/消费者模型,采用Redis对数据进行缓存与分发,用WebSocket代替HTTP完成数据单元传输;通过使用Mongo DB数据库进行数据的持久化存储。以WebRTC直播技术为基础设计了视频信号的采集与传输架构,并使用WebSocket技术实现WebRTC中信令的传输;设计了混合网络拓扑结构传输视频信号,以充分利用P2P网络传输中的带宽并保证实时性。在机电设备数字虚体的构建过程中,利用WebGL技术实现了数字虚体的三维显示;构建了数据驱动模型,并以此模型驱动二维组件、三维组件运行,建立了数字虚体在位姿、运行状态等维度的映射;通过研究三维模型的外观成型和碰撞检测,最终达到了加工零件实时加工成型的效果。(2)设计了机电设备远程监测系统,该系统包含实时监测模块、历史记录模块和管理模块,并以该系统体系为基础,构建了基于数字孪生的数控机床和机器人的远程监测原型系统,分别通过颤振实验和码垛实验验证了系统的可行性。实验结果表明该系统能够有效提高监测的准确度并降低监测的难度。本文通过利用构建的基于数字孪生的数控机床和机器人的原型系统分别进行了颤振实验和码垛实验,通过两个实验均验证了利用云服务器和云直播技术构建的基于数字孪生的机电设备运行状态远程监测系统在部署方面简单、便捷,在监测方面能够明显提高监测的准确度并降低监测的难度。
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