当前,全球展开了以物联网、大数据、云计算等为代表的新一轮工业技术革命浪潮,同时也对工业自动化、数字化水平提出了更高的要求,传统的生产线监控模式已经不能满足数字化制造乃至智能制造的需要。针对数字化生产线监控过程中透明度低、实时性差以及监控角度不全面的问题,本文基于数字孪生技术,从生产线的关键设备出发,以五轴加工中心为例,研究了机床加工过程中的物理规则融合模型,并建立了生产线其他设备在虚拟场景中的几何行为映射方法,开发出了一款基于实时数据驱动的生产线虚拟监控系统,分别从物理层面和几何层面实现了生产线运行过程的虚拟监控。有助于提升数字化生产线监控的可视化水平,提高生产线的运行效率。论文的主要研究内容如下:首先,通过分析虚拟监控系统的设计需求和原则,划分了系统的各个功能模块,以五轴加工中心为例,阐明了机床加工过程的物理规则融合模型原理,并针对生产线的其他关键设备,分析了设备三维模型在虚拟场景中的几何行为映射方法,确定了虚拟监控系统的整体框架以及开发方案,为系统开发提供了技术路线。其次,研究了机床加工过程中的物理规则融合模型。以五轴加工中心铣削航发叶片为例,设计了正交切削实验,通过采集设备加工过程中的切削力数据以及工件加工后的轮廓偏差数据,建立了经验公式下的切削力预测模型和BP神经网络下的切削力以及平均轮廓偏差预测模型,实现了设备加工过程中的切削力可视化监控,达到了从物理层面上实现设备数字孪生的目的。然后,建立了生产线设备在虚拟场景中的几何行为映射方法。基于工业以太网设计了生产线设备的数据采集方案,并基于E-R模型构建了生产线数据库和数据库表格,利用NHibernate插件和Photon Server服务器搭建了系统的数据传输通道,利用Unity3d引擎研究了数据的可视化显示,在虚拟场景中实现了基于实时数据驱动的生产线设备三维模型的几何运动,达到了从几何层面上实现设备数字孪生的目的。最后,完成了虚拟监控系统的开发和验证。分析了虚拟监控系统的开发环境,设计了生产线的运行流程,开发了系统的各个功能模块,并以航发叶片的加工过程为例,验证了系统的物理规则融合模型,根据生产线的运行流程验证了系统的几何行为映射方法,实现了从物理层面和几何层面对生产线运行过程中的虚拟监控。