數(shù)字孿生有助于優(yōu)化制造速度 同時滿足質(zhì)量限制

根據(jù)密歇根大學(xué)研究人員在IEEE Access上發(fā)表的一項研究，一種新方法使用數(shù)字孿生來優(yōu)化制造機(jī)器速度(稱為進(jìn)給率)，同時遵守質(zhì)量限制。

密歇根大學(xué)機(jī)械工程和集成系統(tǒng)與設(shè)計教授、該研究的通訊作者 Chinedum Okwudire 表示：“這項工作的靈感來自于我加入密歇根大學(xué)之前在制造自動化行業(yè)的經(jīng)歷。”

Okwudire 注意到，制造商要么花費(fèi)大量時間通過反復(fù)試驗(yàn)來微調(diào)機(jī)器設(shè)置，要么選擇保守的方法，在保證質(zhì)量的同時犧牲了生產(chǎn)力潛力。

“我想知道，我們能否將這個問題納入一個科學(xué)框架中，然后能夠?yàn)闄C(jī)器提供質(zhì)量約束，并讓它自行找到最佳的生產(chǎn)力設(shè)置，”Okwudire 說。

該算法實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，通過對該方法的實(shí)驗(yàn)測試，將 3 軸臺式 CNC 機(jī)床的循環(huán)時間(或生產(chǎn)一個單位輸出所需的時間)減少了 38%，將桌面 3D 打印機(jī)減少了 17%。

“這些在制造業(yè)中是巨大的數(shù)字。對于 38% 的周期時間縮短，每生產(chǎn)三個零件，您現(xiàn)在可以在相同的時間內(nèi)生產(chǎn)四個零件。當(dāng)您考慮循環(huán)使用數(shù)千個零件時，這是相當(dāng)重要的， ”奧克烏迪爾說道。

該模型廣泛適用于使用進(jìn)給驅(qū)動器或?qū)⒉牧线\(yùn)送到切削刀具的工具的任何制造環(huán)境，包括銑削、3D 打印和機(jī)器人技術(shù)。

研究人員使用數(shù)字孿生開發(fā)了該方法，數(shù)字孿生是一種模擬真實(shí)系統(tǒng)行為的虛擬模型，基于機(jī)器的物理原理和從傳感器實(shí)時收集的數(shù)據(jù)。

物理學(xué)第一原理還有很長的路要走，但利用實(shí)時數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)彌補(bǔ)了物理學(xué)無法預(yù)測的缺點(diǎn)，例如機(jī)器所處的特定環(huán)境引起的變化。

該框架的另一個關(guān)鍵改進(jìn)是處理不確定性的能力。研究人員對數(shù)字孿生進(jìn)行了編程，使其能夠意識到不確定性——在本例中，即生產(chǎn)超出質(zhì)量閾值的零件的可能性。該算法能夠決定在給定質(zhì)量嚴(yán)格性的情況下可以達(dá)到多少速度。

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