【摘 要】
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随着新一代信息技术与工业制造的不断蓬勃发展,数字孪生技术作为基于新一代信息技术和制造技术的核心之一,工业数字孪生的运行新模式已经收到广泛关注。本文针对目前织机设备监控可视化性能差,无法满足与数字模型交互的发展要求。通过对数字孪生技术和故障预测方法进行研究,设计实现了基于数字孪生的织机虚实交互监控系统,为织机设备提供数据展示平台和故障预测功能,在一定程度上实现了对织机设备运行状态和参数的全视角监控。
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随着新一代信息技术与工业制造的不断蓬勃发展,数字孪生技术作为基于新一代信息技术和制造技术的核心之一,工业数字孪生的运行新模式已经收到广泛关注。本文针对目前织机设备监控可视化性能差,无法满足与数字模型交互的发展要求。通过对数字孪生技术和故障预测方法进行研究,设计实现了基于数字孪生的织机虚实交互监控系统,为织机设备提供数据展示平台和故障预测功能,在一定程度上实现了对织机设备运行状态和参数的全视角监控。本文的主要工作有:1.设计了织机虚实交互监控系统。首先选取织机的卷取机构为主体,围绕虚实交互监控系统设计目标、性能评价和织机卷取虚实交互监控系统开发流程三个方面对系统进行开发。详细叙述了织机卷取虚实交互监控系统所包含的数据通信模块、数字实体模块、可视化监控模块、故障预测算法、虚实交互监控系统模块为代表的五大模块,为实现基于数字孪生的织机虚实交互监控系统的开发提供了参考规范和技术支撑。2.研究了基于OPC UA的孪生数据虚实交互策略。对织机卷取机构信息来源进行分析从OPC UA采集、数据传输、数据调用与存储三个方面进行描述数字孪生织机卷取设备的交互策略。通过Unity3D中编写的C#脚本进行Socket通信,实现物理实体与数字实体相互映射,为数据读取、数据分析、数据挖掘等后续工作提供了数据支持。3.提出了端到端的无监督深度超球检测网络故障预测方法。对织机卷取设备进行故障诊断及状态预测,将深度超球检测网络与三种人工特征提取加分类器的经典算法进行对比。针对异常样本标签未知问题,设计出深度超球检测网络模型,将计算得到的超球面中心与网络学习输出的距离来定义样本的异常分数。然后采用人工特征对获取数据进行特征提取,通过模型对比验证了深度超球检测网络模型的有效性。4.搭建了符合实际需求的虚拟监控平台。具体分为织机卷取机构的运动分析及参数定义、实体建模及渲染建立几何模型、虚实运动映射研究建立运动模型、虚拟场景搭建、Unity3D脚本驱动和UI界面的实现。在Unity3D工具下开发数字孪生织机虚实交互监控系统原型,通过系统功能和系统界面展示验证系统设计的可行性和有效性。通过系统整体与显示性能实例测试,测试结果均满足系统设计目标。通过上述的分析和实验过程,实现了织机卷取设备在运行过程的虚实交互与故障预测,为织机卷取设备的监控提供了逼真、直观的观察窗口,为纺织业的数字化进程提供了参考意义。
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