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原文传递基于数字孪生的汽车齿轮制造车间设计

论文题名：	基于数字孪生的汽车齿轮制造车间设计
关键词：	汽车变速箱;齿轮制造车间;数字化设计;数字孪生;可视化管理
摘要：	随着宝马、奥迪等高档汽车配件不断国产化发展，上海某汽车公司作为汽车变速箱专业厂家与浙江某汽车齿轮供应商合作建厂，专注生产X系列汽车变速箱齿轮，为了能够保质、保量、按时提供X系列齿轮产品，浙江齿轮供应商决定按合同要求建立现代化的X系列齿轮生产车间。传统的齿轮制造车间，存在自动化程度低、布局不合理、生产效率低、缺少信息反馈机制、管理存在滞后性等问题，严重制约了企业实现自动化、信息化、智能化、实时化管理的发展，难以达到高端汽车对齿轮配件的高标准要求。针对上述问题，本文将数字孪生技术应用于车间设计过程当中，提出了基于数字孪生的X系列齿轮制造车间的五维模型总体设计框架。从物理生产车间、虚拟生产车间、孪生数据、服务系统等方面进行车间设计。提升了车间的智能化、实时化、可视化管理，完成了大数据下的智能化制造车间管理的方法设计与实现，弥补了传统制造车间对生产信息利用不完全，缺少反馈机制等不足。　　（1）对企业进行调研，设计X系列齿轮制造车间的总体框架，并依据数字孪生技术对X系列齿轮制造车间进行数字孪生模型的构建。分别对物理制造车间、虚拟制造车间、车间生产孪生数据、制造车间服务系统等各部分进行详细的说明。完成了X系列齿轮数字孪生制造车间的总体设计方案。　　（2）从产品工艺分析入手，利用CAPP进行产品工艺优化设计，采用有向网络模型对X系列齿轮制造车间构建数学模型，并根据产能需求进行了设备产能计算模型的构建以及分析。同时导入TPS生产布局模式，完成齿轮制造车间的物理制造车间设计。　　（3）从几何、设备状态、产品生产质量三方面对齿轮虚拟制造车间进行模型构建。首先，利用3D MAX及Unity3D软件进行几何建模，实现虚实结合的沉浸式车间构建。再通过DBSCAN聚类算法搭建设备状态监控模型，实现设备生产状态的动态监控。最后，利用灰色理论及案例推理方法建立了产品生产过程质量控制建模，实现了生产加工过程产品质量的预测及诊断。　　（4）从车间生产孪生数据构成的角度进行分析，提出一套多源异构数据统一化表达的融合方法，再利用OPC_UA数据采集方法以及ESB数据集成方法实现了多系统、多设备的车间生产孪生数据的采集融合。为实现物理制造车间及虚拟制造车间的交融互通搭建了桥梁。　　（5）通过数据库搭建的相关技术以及Web体系结构的搭建对X系列齿轮制造车间服务系统进行研发。通过该系统可以提供制造车间内的生产相关信息，订单管理服务，质量监控管理，设备管理等功能，并且可以对车间内设备的生产过程参数及生产线运行状态的相关信息进行实时掌控，实现了对X系列齿轮产品制造过程的实时监控、动态响应及可视化管理。
作者：	刘星琪
专业：	机械工程
导师：	金寿松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江工业大学
学位年度：	2021