基于数字孪生的纤维缠绕虚拟仿真系统开发和应用

作者：顾家宸; 韩振宇; 贾力伟; 纪丹阳; 孙守政^*; 富宏亚

来源：航空制造技术, 2023, 66(21): 58-66.

DOI：10.16080/j.issn1671-833x.2023.21.058

• 纤维缠绕
• 虚拟仿真
• 数字孪生
• 实时在线仿真
• 远程控制

纤维缠绕复合材料具备优异的比强度及良好的可设计性，被广泛应用于航天航空等高技术领域。目前，国内纤维缠绕成型技术的研究多集中在缠绕理论及CAD/CAM软件方面，关于纤维缠绕在线虚拟仿真技术的开发尚处于起步阶段。本文通过OpenGL软件建立物理机床的虚拟映射，提出一种新的缠绕轨迹反向求解计算方法，对纤维缠绕过程中的纤维轨迹进行实时显示；通过Modbus TCP协议建立虚拟机床与物理机床之间的联系，实现了对纤维缠绕过程关键参数的实时监测；通过华中9型数控系统提供的NC-API接口实现了虚拟机床与物理机床之间的数据交换及部分操作指令的双向控制。缠绕试验表明，基于数字孪生技术开发的纤维缠绕虚拟仿真系统能够完成纤维缠绕过程的实时运动仿真、缠绕过程关键参数的监测及对缠绕过程的直接控制，并验证了纤维缠绕过程远程监测、远程控制等功能的可行性。

• 单位
  哈尔滨工业大学; 核工业理化工程研究院; 机器人技术与系统国家重点实验室; 哈尔滨玻璃钢研究院