制造装备是现代制造业的中坚力量,有效的衡量制造装备的制造能力对企业而言至关重要。工业机器人作为先进的智能制造装备,已广泛应用于制造活动中并提高了企业生产效率。在车间生产环境下,按照制造能力的存在形式,机器人制造系统可分为制造单元级、生产线级以及车间级。然而,传统的建模方法往往局限于机器人制造系统中的单一层级,忽略了不同层级间的相互影响。此外,已有的建模方法大多注重于实体到模型的单向映射,导致机器人制造系统在物理空间和信息空间之间缺乏交互和联动。数字孪生这一新兴技术的出现,有助于实现物理空间和信息空间之间的互联互通,推动智能制造的发展。针对上述问题,本文重点研究车间生产环境下机器人制造系统制造能力数字孪生建模理论和方法。主要的研究工作如下:(1)研究面向车间多级体系的机器人制造系统制造能力统一建模。通过对车间环境下机器人制造系统涉及到的制造数据分析和处理,构建机器人制造系统制造能力相关的统一物理数据模型。在此基础上,分别构建机器人制造系统在单元级和生产线级上的本体模型,挖掘机器人制造系统多级之间的关联关系,并使用动态描述逻辑对机器人制造系统的制造行为进行描述,实现机器人制造系统制造能力统一数字描述模型的构建。(2)研究机器人制造系统制造能力可重构数字孪生建模。基于数字孪生的内涵,提出制造能力相关的机器人制造系统数字孪生模型框架。开发面向物理对象的可视化虚拟模型,并研究物理数据模型、数字描述模型和可视化虚拟模型之间的交互机制。针对机器人制造系统复杂易变的特点,设计不同功用的虚拟功能块并整合为虚拟功能块网络,构建基于虚拟功能块的机器人制造系统可重构数字孪生模型,实现机器人制造系统制造能力的动态重构。(3)机器人制造系统制造能力数字孪生信息服务系统设计与实现。基于提出的数字孪生模型,依托物理环境下的机器人装配系统,设计并开发一个数字孪生数据统一管理与信息服务系统。该系统包括信息管理模块、过程监测模块、虚实互控模块和能力重构模块,实现机器人制造系统在物理空间和信息空间之间的信息融合和互相控制。