数字孪生车间对于新车间的设计和原有车间的升级改造意义重大，但是“人–机–环境”动静共融的特点为数字孪生车间的快速建模带来了挑战。现有方法存在车间三维场景建模效率低、难以实现动静融合建模、缺少动静融合性的定量评估等问题。针对上述问题，在数字孪生车间概念下，结合三维扫描技术、室内定位技术、传感器技术等，提出人机环境动静融合的数字孪生车间快速建模方法，建立了对应的建模框架，研究了基于三维激光扫描的数字孪生车间静态环境快速重构、基于多传感器融合的车间动态对象感知、实时数据驱动的动静融合，并设计动静态融合评价指标，对所构建数字孪生车间的融合效果进行量化评估。最后，结合郑州轻工业大学机器人制造车间进行测试，验证了所提方法的可行性和有效性。

数字孪生技术是实现智能制造和工业数字化转型的关键技术，受到学术界和产业界的广泛关注和研究。近十年来，随着数据采集技术、计算机性能和相关智能算法的迅速发展，数字孪生技术的研究及应用取得了巨大进展。针对数字孪生技术应用领域的多样性和对象层级的复杂性，本文回顾了数字孪生基本概念和模型的发展历程，综述了数字孪生技术在制造业应用的关键技术及其发展成果。在此基础上，阐述了数字孪生技术在制造业三个层级的应用现状以及数字孪生赋能智能制造的新范式。最后，展望了制造业数字孪生技术未来发展趋势，为后续研究提供参考。

工业机器人的数字孪生模型能够模拟真实世界中工业机器人的行为和性能，但其仿真精度会受场景更新和设备磨损等使役工况的影响而下降。对此，本文提出了一种基于深度强化学习的工业机器人数字孪生模型更新方法。该方法应用仿真工具Coppeliasim建立了工业机器人数字孪生模型，同时基于深度确定性策略梯度（DDPG）算法对数字孪生模型的PID参数、关节阻尼等关键参数进行优化，实现模型的参数更新，提高模型精度。最后，通过ABB–IRB2400工业机器人仿真同步试验，验证了所提方法的有效性。

数字孪生与制造领域的结合日益密切，数字孪生可以帮助机床在智能制造环境下实现自主监控、评估和推理，显著提升智能化水平。本文开发面向机床铣削加工过程的数字孪生智能监控平台，可实现物理制造过程和虚拟数据模型之间的实时交互。为了实现不同模块之间、物理机器与虚拟模型之间的双向连接，基于硬件抽象层开发思想，构建了数据采集模块与数字孪生监控平台，并与开放式数控系统集成。该数字孪生监控平台拥有松耦合、模块化和易于扩展的特性，其中集成了由动力学分析模型和人工智能算法等构建的数据分析孪生模型，可以实现铣削颤振辨识与抑制、表面形貌预测等功能。经过加工试验验证，该监控平台在实际制造环境中的性能良好。

复杂制造过程中面临着场景复杂性和多元动态事件带来的挑战。为提高复杂产品质量预测的准确性，将数字孪生与事件驱动相结合，提出了一种事件驱动式产品数字孪生系统框架，建立了事件驱动式产品制造多维孪生模型，利用数字孪生模型来模拟实际制造过程中的各种场景，并结合关键事件信息，实现了对产品质量的更精准预测。然后，针对事件序列中的时间依赖关系，结合卷积神经网络（CNN）、双向门控循环单元（BiGRU）和自注意力机制（Self-attention），构建了基于混合神经网络的产品质量预测模型。最后，以双离合变速箱（Dual clutch transmission，DCT）装配为例，阐述了事件驱动式变速箱装配质量预测数字孪生运行模式；并通过对比传统单模型的预测方法，验证了所提出的质量预测模型的准确性。

智能工艺设计是数字孪生环境下工艺设计的核心，零件工艺知识建模是实现基于数字孪生的智能工艺设计的前提。为此，针对航空航天领域复杂薄壁零件机械加工工艺数据结构化程度低、难以重用的问题，提出了典型复杂薄壁零件机械加工工艺知识图谱的构建和质量评估方法。首先，对机械加工工艺知识组成和结构进行分析。其次，通过本体建模、知识抽取、知识储存等相关技术实现了工艺知识的可视化表征，并基于Neo4j图数据库实现机械加工工艺知识检索。最后，利用层次分析法对构建完成的知识图谱进行评估，并以框段类零件的机械加工工艺知识为验证对象，得到子图谱的综合准确度为92.28%。试验结果表明，基于知识图谱的工艺知识建模方法切实可行，有助于实现工艺知识的有效组织和重用，为数字孪生的智能工艺设计奠定基础。

近年来，复合材料广泛地代替金属材料应用在复杂结构件上。在异形结构预成型体的编织过程中，针对芯模半径连续变化导致编织角不稳定等问题，本文提出一种机器人牵引速度的控制方法。首先对异形结构芯模进行离散化处理得到每段的半径，然后对机器人的牵引速度进行优化计算，通过计算得到的牵引速度对编织角进行调整同时得出推进距离与实际编织长度的关系。最后通过机器人二次推进对编织长度进行补偿，并基于动态收敛长度进行下一段芯模的编织。试验结果证明，该控制方法能有效降低异形结构芯模的编织角误差并维持在± 3°以内，对实际生产中编织角的严格把控以及任意曲率芯模的编织具有重大意义。

研究了喷丸强化对覆铝7B04–T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响，阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等，分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命，利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明，喷丸强化覆铝7B04–T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大，直到基材硬度，表面硬度较原始试样略有提高；覆铝7B04–T7451试样表面发生剧烈的塑性形变，弹丸尺寸较大，表面粗糙度明显增大；喷丸强化引入深度约150 μm的残余压应力层，但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04–T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高，由于表面粗糙度和塑性形变显著增大，使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快，疲劳寿命降低。

因具有连接强度高、对复合材料损伤小、可实现单面连接、断口齐平免打磨等优点，大底脚螺纹抽钉被广泛应用于航空航天领域中复材结构的连接。复材用大底脚螺纹抽钉目前主要依赖于进口，尚未实现自主研发。本文针对某结构类型大底脚螺纹抽钉芯杆强度的计算方法，首先介绍了此结构大底脚螺纹抽钉的安装过程，并对其进行受力分析。然后基于材料力学第四强度理论（冯·米塞斯屈服准则）建立芯杆关键位置处（断颈槽和第一牙螺纹）最大应力的表达式，通过建立具有两段不同UNJF螺纹的芯杆有限元模型计算出表达式中的应力集中系数。最终分析得到各因素对芯杆关键位置处最大应力的影响规律。通过以上建立的大底脚螺纹抽钉芯杆强度计算方法，达到提升大底脚螺纹抽钉连接可靠性和经济效益的目的。

为优化TA15钛合金硬质合金立铣刀铣削参数，控制铣削加工表面完整性，提高构件疲劳寿命，通过铣削试验、表面完整性测试和疲劳试验，研究了TA15钛合金铣削加工表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明，铣削加工后TA15钛合金表面粗糙度R_a为0.148~0.245 μm，最大残余压应力位于表面，残余压应力影响层深度约为30 μm，硬化层深度约为70 μm ；疲劳寿命随着表面粗糙度的减小和表面残余压应力的增大而增大；最优的铣削工艺参数组合为：铣削速度40 m/min、每齿进给量0.03 mm/z，疲劳寿命最高为4.044×10⁵ 次；拉伸断口为韧性断口，断口韧窝较深。

针对立式加工中心铣削颤振现象，用数值积分方法预测铣削加工过程中的稳定性。首先用时滞微分方程表示受颤振影响的单、双自由度铣削动力学模型，对时滞周期进行离散；然后用数值积分方法求解时滞微分方程，依据Floquet判定铣削加工稳定性，获得稳定性叶瓣图；最后为验证数值积分方法求解的正确性，进行参数识别试验获取铣削力系数和模态参数，从求解得到的叶瓣图中选取加工参数进行试验验证。数值仿真结果表明，数值积分方法的计算效率和计算精度优于1st-SDM方法和1st-FDM方法。试验结果表明，数值积分方法的求解结果与试验结果相符，可以指导铣削工艺参数的选取，确保铣削加工稳定。