基于数字孪生的微流挤出成形设备研究

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微流挤出成形设备是工业生产及陶瓷浆料挤出成形领域中的一个重要制造加工设备,制造加工设备的智能化升级转型是实现智能制造的一个重要途径。但是在传统的微流挤出成形设备设计和使用过程中存在着物理信息联系不紧密的问题,从而导致设备在设计和使用过程中与数据分离,造成设备智能化程度低,设计阶段结构设计优化周期长,使用阶段需要依靠人工经验对设备进行调整及维护。因此如何通过微流挤出成形设备自主的数据采集及利用,提升设备与数据的融合,并自我产生智能决策是传统制造加工设备变得更加智能化所需要解决的问题,为此本文针对微流挤出成形设备进行了以下研究:(1)基于数字孪生理论对制造加工设备智能化过程进行了分析。数字孪生理论是促进物理信息融合的一项重要理论,基于制造加工设备的全生命周期,结合数字孪生理论从物理层、信息层、决策服务层对制造加工设备智能化过程进行了具体分析。(2)基于智能化分析过程对微流挤出成形设备进行数字孪生体建模。首先针对微流挤出成形设备,从物理层研究了设备所处的物理场,并设置相应的传感器采集数据使多领域物理信息融合。然后通过静态数据映射和动态数据映射在信息层中建立了微流挤出成形设备的数字孪生体,最后建立了结构优化设计服务和状态监测及故障诊断服务为主的决策服务层,从而使微流挤出成形设备在设计和使用阶段能够产生智能化决策。(3)对微流挤出成形设备从设计阶段、使用阶段进行了具体的数字孪生实施。在设计阶段,建立了微流挤出成形设备的夹具数字孪生体,通过压力数据来驱动夹具的快速结构优化设计,缩短设备的研发周期,满足柔性化定制需求。在使用阶段,建立了微流挤出成形设备机械结构系统和挤出系统的数字孪生体,实现设备使用过程中姿态调平监测、挤出成形过程中压力监测及稳定挤出压力预测,维护过程中导轨状态监测诊断,减少设备使用过程中对于人工经验的依赖。通过基于数字孪生的微流挤出成形设备的研究,解决了微流挤出成形设备在全生命周期过程中物理信息联系不紧密,智能化程度低的问题,有效地增加了数据在设备设计和使用过程中的流动与利用,使微流挤出成形设备具有自感知、自监测、自预测的能力。
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