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龙图腾网获悉东北大学申请的专利一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114580083B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210239614.X，技术领域涉及：G06F30/15；该发明授权一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法是由郝博;王婵娟;王明阳;郭嵩;闫俊伟;王杰;尹兴超设计研发完成，并于2022-03-11向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法，属于智能制造技术领域，包括：针对复杂装备产品装配生产现场技术物理车间动态数据要素，利用数据采集系统对物理车间进行装配工艺动态数据实时采集，进行预处理与标准化后存入数据库；以数字孪生车间模型作为系统客户端，通过与数据库的交互，将统一的数据服务驱动装配零部件三维虚拟模型以及产品三维模型，使数字孪生车间与装配生产物理车间实现双向动态映射；基于三维可视化系统集成，完成智能车间数字孪生系统的构建，从而实现数字飞机组装过程实时状态显示、状态演变、数据输入、数据保存等功能，解决了现有数字车间数据呈现单调、交互感与沉浸感差的问题。

本发明授权一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法在权利要求书中公布了：1.一种基于数字孪生的智能装配系统的构建方法，其特征在于，包括： 1针对物理装配生产车间生产要素，构建物理车间全要素多层次的孪生模型，进行实体空间的装配工艺动态数据实时采集，对飞机机翼的多部件多层次的三维建模，实现车间生产要素数字孪生体物理空间与虚拟空间的准确映射，得到数字孪生车间模型； 2以数字孪生车间模型作为系统客户端，构建数据采集系统采集物理车间的多源异构数据，针对多源异构数据进行预处理与标准化后存入数据库， 所述数字孪生车间模型作为系统客户端，通过与数据库的交互，将统一的数据服务驱动装配零部件三维虚拟模型以及产品三维模型，使数字孪生车间与物理车间实现双向动态映射； 3基于三维可视化系统集成，实现数字孪生体的状态监控和过程优化反馈控制，对现场的人员和作业实现全面、实时的有效监管，使现实中的飞机机翼装配与虚拟环境中的飞机机翼装配仿真快速建模无缝融合，完成智能车间数字孪生系统的构建； 具体地，由于三维几何装配特征识别要比二维几何特征复杂，提出一种二维装配特征识别模式，将三维模机翼零件投影成6张二维视图，利用轮廓识别算法对每个投影图的轮廓进行识别，结合零件模型的各项尺寸确定零件的各个结合部位，以避免在识别同类型结合面的特征时造成冲突并产生碰撞；三维模型的装配特征与视图方向有关，旋转3D模型，以确保其主方向是新坐标系的+X方向； 首先，计算三维模型的质心坐标；建立以计算出的质心为原始坐标点的新坐标系； 式中：Cm＝cm1,cm2,cm2是三维模型的质心，gi＝gi1,gi2,gi3是第i个划分三角形的质心，Si是第i个划分三角形所含的面积，n是三角形的个数； 其次，我们使用三维模型的顶点集P来构造一个标准集Q，使用下面的变换； pi＝pi1,pi2,pi3,……14 Qi＝qi1,qi2,qi3,……15 式中：为pj的共轭矩阵；为第i个三角形面积的平方；pi1为pi的列向量；pi是第i个矩阵；Qi是pi的标准矩阵； 得到三维模型的协方差矩阵： 式中：U为3D模型的相关矩阵； 计算的特征值，得到其特征向量；通过规范特征向量和安排在降序排列： R＝u1,u2,u317 式中：u1、u2和u3是U的特征向量，R为3D模型的旋转矩阵； 计算三维模型顶点的新坐标，每个顶点的坐标和三角形的参数通过CATIA二次开发遍历获得；通过一系列布尔运算可创建简易化3D模型，与初始3D模型进行适配进而获得装配特征； pi′＝R·pi18 式中：pi′为3D模型顶点的新坐标； 利用上述算法建立了一个新的坐标系；模型的六个视图方向是新坐标系的+X、-X、+Y、-Y、+Z和-Z方向； 步骤1中，飞机机翼的多部件多层次的孪生模型构建，通过三维软件人工构建、飞机制造厂提供标准格式的模型文件、三维点云重建模型方式组合构建几何模型文件；从飞机制造厂进行实地调研，通过三维软件人工构建获得的复杂几何模型文件，进行轻量化处理，利用CATIA专业软件实现几何模型初步构建； 具体地，CATIA装配过程快速建模涉及以下两个要点：a相互作用顺序规划确定零件何时运动；b运动规划决定零件如何运动；通过实现这两个关键要点，实现装配仿真的自动化，这里对具体实现进行描述： 1对翼盒特征进行识别，依次安装前肋、前墙1、后墙1、翼梁1、钣金肋1到20、前墙2、后墙2、翼梁2、最后装入加强肋2；依次对翼盒零部件进行装配建模； 2约束与装配运行过程；可实现装配部件的位置、相合、距离约束，4个机翼翼盒部件安装完成，约束点已经在CATIA中看到，接下来需要点击update全部更新按钮进行更新； 3开发快速建模装配信息系统，集成到计算机辅助三维交互应用程序CATIA；点击对应部件的按钮，弹出对应里零部件图片，CATIA实时建模界面在检测到装配每一个部件时，输入尺寸实测值、偏差、厚度实测值、偏差，输出装配尺寸信息，当所有的机翼翼盒骨架全部装配成功后，快速建模装配信息系统同步输出所有的装配公差信息； 具体操作流程如下： 第一步骤：运行机翼翼盒快速建模系统，输入部件的尺寸实测值、偏差、厚度实测值、偏差，点击对应部件的按钮，CATIA实时建模界面在检测到装配每一个部件时，每装配一个部件便弹出一个部件，实时看到装配界面； 第二步骤：装配前肋jy-l-001、翼梁zq-01、后墙zq-02、前墙zq-03； 第三步骤：点击更新按钮，开始装配，使用constraint约束功能将两个及以上部件装配在一起，更新后，结合面1和1装配在一起，2和2装配在一起，3和3装配在一起； 第四步骤：在快速建模尺寸信息系统显示装配尺寸信息； 第五步骤：然后是装配第5个部件，钣金肋jy-l-002，第6个部件jy-l-003，……，jy-l-002到jy-l-019都是钣金肋； 第六步骤：装配第13个部件前墙zq-04……，第15个部件后墙zq-07……，第19个部件翼梁zq-06，第20个部件前墙zq-05，最后安装加强肋jy-l-020； 在快速建模装配尺寸信息系统界面，将jy-l-001到jy-l-020，zq-01到zq-07所有的部件尺寸信息集合在一起，显示所有的尺寸信息； 几何模型初步构建完成后，对模型进行优化与渲染，将三维软件人工构建的几何模型，以及轻量化处理后模型导入3dsMax中进行数字孪生车间虚拟场景的搭建，并对模型进行修改、渲染与优化，得到几何模型，导入PosenseManager软件中搭配UWB设备作为装配生产车间的实体车间地图； 开发基于功能的计算机辅助快速建模装配信息管理系统，进行部件装配特征约束位置识别，结合A*算法，完成装配路径规划； 其中，A*算法公式： fn＝gn+hn1 式中：fn是从初始点经由节点n到目标点的估计函数，gn表示从起始点到某一随机点n的实际距离，hn表示从n到目标节点最佳路径的估计距离； 这个公式遵循以下特点：如果等于零，只有gn是必要的，从起点的最短路径，n是任意一点变成一个单源最短路径问题；如果hn不大于n到目标的实际距离，则得到最优解； A*算法的搜索流程定义如下： 1将两个表定义为OPEN和CLOSED；OPEN表用于存储未访问的顶点；CLOSED表用于存储已访问的顶点； 2假设图有n顶点，将顶点选为起点，目标点是顶点，顶点是其余地点，将起点放入OPEN表中，初始化CLOSED表； 3确定打开的表是否为空，如果为空，则说明搜索过程失败； 4如果不为空，移动OPEN表中的第一个顶点到CLOSED表中； 5判断是否为目标顶点，如果是，则表示搜索成功，算法继续运行； 6如果不是，则对顶点的子顶点展开搜索，计算值，确定是否存在于OPEN表或CLOSED表上： a如果不存在OPEN表和CLOSED表中，则选择将其存储在OPEN表中，并设置指向父顶点的指针； b如果存在OPEN表中，则更新在OPEN表的值，也就是说，将选取OPEN表中较小的新值，而非较大的旧值，并设置指向父顶点的指针； c如果已经存在于闭表中或者它们是障碍，忽略这个顶点，并返回第一步；根据值，升序排序OPEN表中的每个顶点，然后跳转到SPP为组成路径的所有关键的位姿点的集合，为空间位置变换后的矩阵； 具体地，装配路径的本质是由多个关键的位姿点连接组成的；位姿矩阵是指包含零部件在装配环境中的位置信息和姿态信息的矩阵，是虚拟装配中对零部件进行平移和旋转的内部信息依据，即： 式中：SPP为组成路径的所有关键的位姿点的集合，为空间位置变换后的矩阵； M4＝[a44]7 式中：M1为平移、旋转、反转以及缩放几何变换；M2为产生平移变换；M3为产生投影变换；M4为产生比例变换； 式中：Mzi为零部件的空间位置未变换的位姿矩阵；为经CATIACAA平台得到空间位置变换后的矩阵； 每个零件因位置不同而得到一一对应的不同的位姿矩阵，其包括了零件的空间位置信息。

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