随着物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代技术与制造技术的融合与发展,制造业的生产模式正加速向数字化、网络化、智能化转变。数字孪生（Digital Twins,DT）技术能够有效解决智能制造系统信息物理融合的难题,是实践智能制造理念的重要使能技术与手段。实现智能制造的最基本要求是实现生产设备的自主运行和物流输送的自动化。物料搬运是生产车间内部、车间与外部市场之间物流的重要组成部分,具有场景复杂、技术要求高、劳动强度大、危险因素多等特点,而其传统的人工操作模式存在人力成本高、效率低、安全性低、作业精度低等问题,因此,实现起重装卸作业的无人化、智能化成为相关企业实现转型升级、提高总体竞争力的关键。应用数字孪生技术,可对工厂车间环境进行准确的模型化描述,通过物理模型、传感器更新等数据,建立物理实体在虚拟空间中孪生映射,在虚实交融中实现车间的高效管理和作业的智能化。本文以实际项目为平台,设计并实现了基于数字孪生的桥式起重机搬运装卸作业的智能控制系统,主要研究内容如下:（1）智能起重装卸控制系统的总体设计。综合分析数字孪生的横向结构和纵向结构两种框架,结合系统实际的应用场景和功能需求,将系统划分为物理实体层、多元感知层、建模分析与控制层和服务应用层四个层级,完成系统的总体方案设计和开发环境的搭建。（2）物理实体信息的多元感知设计。针对货物信息的提取,开发无序目标身份信息的视觉感知模块;从成本和应用场景等方面考虑,设计基于二维激光雷达的旋转扫描模块,实现对作业关键区域低成本、高精度的动态点云数据获取;设计相应的模块完成对起重机的运动参数、货运载具信息的感知。（3）系统建模分析与控制层的功能实现。首先是在虚拟空间中建立物理实体的几何模型,通过渲染增强真实感,实现基于Open GL的视觉孪生;设计高效的点云分割和区域识别划分算法,完成关键区域的动态建模,实现障碍物识别和装载区域的识别、划分、规划;在虚实交融中完成起重机作业路径的规划,实现基于位置PID和速度PID的起重机精准控制。（4）服务应用层的设计与系统测试。分析系统运行的数据,完成数据模型和数据库表单的设计;对系统功能进行集成融合,设计开发了中控管理软件;完成系统运行流程的设计、系统测试和试运行,验证了系统功能的可靠性和完整性。