科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

目前，数字化、智能化技术的高速发展和推广应用已经成为全球制造业推进体系性变革和加快能力转型升级的新动能。美国推进“数字工程战略”、“数字空军”等系列工程，欧美航空巨头已将数字化、智能化转型作为共性战略，正对我国航空装备产品发展形成新的挑战。为此，我国航空工业必须以数字化、智能化技术全面赋能航空制造业转型升级，从而进一步缩短航空装备产品研制周期、提升规模化柔性化批产能力、降低研制成本，以提高装备产品的市场竞争力。

近年来，在国家和集团政策的大力推动下，机载系统各研制单位为提升企业核心竞争力，围绕产线自动化数字化改造升级、业务信息系统整合优化等数字化转型工作，付出了巨大的努力；但产线整体仍存在智能化程度不高，无法有效的将虚拟的数据与现实物理产线相映射融合，智能化的产线调度难以实现等问题。

数字孪生是一种实现物理与信息融合的有效手段，作为践行智能制造、工业***、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术，将仿真提升到数字模型和信息物理系统的高度集成交互的水平，在产线生产执行阶段通过运用实时在线仿真等数字孪生车间关键技术，能有效提升机载系统智能化制造水平。

需解决的主要技术难题

针对航空机载系统制造产线的生产业务场景，采购数字孪生系统构建服务，形成一套机载系统产线数字孪生软件，需解决：

• 机载系统产线制造过程的全要素识别：机载产品生产过程领域模型知识多且知识要素间关系复杂，如何确保本体实例以及属性关系等大量的有效语义信息不丢失、产线场景以及模型还原度高；
• 数字空间与物理空间同步问题：构建数字孪生体，目的是通过数据实现生产现场多种设备动作的驱动、工件位置状态的变化、故障预警以及调度规划等功能，提供对生产现场更全面、透明、多层次的监控；但是，数字空间数据、信号逻辑与物理空间的数据、信号逻辑不尽相同，如何使用物理空间的数据驱动机载产品制造过程数字孪生模型运行;
• 生产执行阶段的人机交互与控制：人机交互与控制是数字孪生软件的重要功能之一，可有效的提高产线设备信息、生产业务流程的实时性和可视性，如何实现产线的多视角漫游以及离线数据的回溯。

期望实现的主要技术目标

可视化监控模块功能指标：

• 三维模型显示分为数据驱动模型显示与分层模型显示。数据驱动模型实现设备信息、故障信息、订单信息等动态数据的三维可视化呈现；分层模型显示让用户可以更加清晰地看到多层设备的结构。
• 虚拟交互与漫游：通过操作任意拉远/拉近视角，360度自由游览；支持第一人称、第三人称自由切换；支持鼠标点击及拾取功能。
• 车间信息显示：通过二维面板显示车间场景中重要的资产数据、业务数据以及显示经过指标逻辑处理过后的数据；
• 告警显示：动态实时监控设备运行状态，进行警告提醒，并列出报警详细信息；
• 历史数据追溯及查询：通过数据的获取、存储，可调阅查询历史数据，支撑生产过程全流程的数据追溯，并且支持按照区域、设备类型等多种条件匹配组合查询方式。

需求解析

解析单位：“科创中国”开源产业科技服务团（中国通信学会） 解析时间：2022-11-18

李以华

中国通信学会

高级工程师

综合评价

数字孪生已被证明是一种可行的方法，用来集成制造业的物理世界和信息世界，并有效地支撑企业实现智能制造战略目标，因此，需求发布单位针对问题的解决思路清晰。 在生产制造领域数字孪生的研究应该面向产品本身及机载系统生产制造过程，需求发布表中提出的技术难点内容基本准确，确实反映出了数化、互动阶段数字孪生体构建中的核心问题。 在航空机载系统制造领域，建立贯穿全生命周期、全价值链数字孪生体，能够全面变革机载产品设计、生产、运营、服务全流程的数据集成和分析方式，极大的扩展数据洞察的深度和广度，驱动生产方式和制造模式深远变革。 因此，此项需求较为共性，有一定的研究意义，且针对性较强，不需要跨行业专家共同解决。针对需求发布表中的技术难点，提出解决方法：产线模型基于四种生产线建模类型的建模方法实现，同时对几何模型进行轻量化处理；通过数据驱动仿真运行机制以及3D可视化技术，实现三维可视化的具体功能，包括实时驱动模型显示部分、订单信息显示部分、生产过程跟踪部分、设备信息显示部分和故障信息显示部分。

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