【摘 要】
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小型断路器在配用电网络中的应用十分广泛,主要用于保障终端用电的安全,每年的使用数量高达数十亿只。由于人工红利的减退,目前我国正逐步推进小型断路器自动化制造,进一步向数字化智能化发展,但由于数字化技术应用的滞后,制造车间在生产过程可视化、产线维护成本等方面的问题严重。研究开发一种以自动化、数字化为主要特征的新型集成式、轻量化的小型断路器装配线数字孪生车间系统,对提高低压电器产品性能和车间的整体生产效
【基金项目】
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浙江省重点研发计划“机械电子智能化装配线开发及应用示范”（No.2017C01008）； 温州市重大科技专项“小型断路器柔性化自动装配单元研发与应用”（No.ZG2017002）； 浙江省低压电器工程技术研究中心开放基金“面向断路器数字化制造过程的虚拟运维系统”（No.201711-01）；
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小型断路器在配用电网络中的应用十分广泛,主要用于保障终端用电的安全,每年的使用数量高达数十亿只。由于人工红利的减退,目前我国正逐步推进小型断路器自动化制造,进一步向数字化智能化发展,但由于数字化技术应用的滞后,制造车间在生产过程可视化、产线维护成本等方面的问题严重。研究开发一种以自动化、数字化为主要特征的新型集成式、轻量化的小型断路器装配线数字孪生车间系统,对提高低压电器产品性能和车间的整体生产效率具有重要意义。研究和实现小型断路器数字化制造孪生系统,需要解决以下难点:（1）与小型断路器实际批量化制造过程精准匹配的孪生体的驱动与控制;（2）搭建物理车间、虚拟孪生车间及车间服务系统之间的数据传输关系;（3）优化孪生车间系统的运算效率,保障数字孪生系统运行的实时性与忠实性,实现数字孪生车间的轻量化表达。为解决以上问题,论文提出了小型断路器装配线数字孪生系统及其优化建模方法,主要研究内容和创新如下:1.针对小型断路器数字化车间的实际需求,为小型断路器装配线数字孪生车间进行了系统的通用性和重用性的分析,确定孪生系统的总体设计思想,制定系统的设计原则、搭建框架和设计方案。2.对小型断路器及其生产设备进行数字化逻辑建模,利用逻辑Petri网构建和描述小型断路器生产逻辑,能够精准、忠实地映射真实生产逻辑。基于状态机对设备动作进行驱动和调控,实现了物理车间与孪生车间驱动逻辑的高度融合和忠实同步。3.数字孪生车间服务系统采用TCP协议保证数据传输的可靠性,经过服务端、客户端、IP地址和端口号等内容进行信息通讯机制的构建。基于实际生产车间的运行数据和逻辑数据,驱动孪生模型依据逻辑关系模型进行不同响应,实现了车间服务系统生产数据可视化。4.针对数字孪生车间系统运算数据量大所导致的孪生系统实时性低的问题,提出将数字孪生车间的逻辑与模型数据并行计算的方法,将GPU使用效率由43%提升至86%,运行帧数由22.6提升至387.0,大幅提升数字孪生系统的执行效率和性能。
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