引用格式：郭大方, 杜岳峰, 武秀恒, 侯思余, 栗晓宇, 张延安, 陈度. 农机装备数字孪生:从概念到应用[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(2): 149-160. DOI：10.12133/j.smartag.SA202305007
GUO Dafang, DU Yuefeng, WU Xiuheng, HOU Siyu, LI Xiaoyu, ZHANG Yan'an, CHEN Du. Digital twin for agricultural machinery: From concept to application[J]. Smart Agriculture, 2023, 5(2): 149-160. DOI：10.12133/j.smartag.SA202305007
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农机装备数字孪生：从概念到应用
郭大方 1，2 ， 杜岳峰 1，2* ， 武秀恒 1，2 ， 侯思余 1，2 ， 栗晓宇 1，2 ，张延安 1，2 ， 陈度 1，2
（1.中国农业大学 工学院，北京 100083；2.中国农业大学现代农业装备优化设计北京市重点实验室，北京 100083）
摘要：［目的/意义］ 农机装备是先进农业生产理念落地的物质支撑，如何提升农机装备设计制造水平及运维管控能力，充分发挥装备性能，是智慧农业未来发展所面临的核心问题。数字孪生是一种融合多种信息技术、促进虚实交互融合的先进理念，有助于更加清晰地认识农机装备及其运行过程，从而解决从设计到回收阶段的复杂性问题，进而全方位地提升农机装备作业质量，更好地满足农业生产需求。 ［进展］ 首先围绕数字孪生在农机装备领域的应用，总结数字孪生的研究动态，分析农机装备数字孪生的概念与内涵，提出系统性的体系架构。然后从宏观发展、系统实现、项目实施多个角度阐述农机装备数字孪生的实现路线。最后介绍农机装备数字孪生的典型应用场景和案例。 ［结论/展望］ 数字孪生为农机装备转型升级提供了新方法，为提升农业机械化生产水平提供了新途径，为实现智慧农业提供了新思路。本文可为农机装备数字孪生相关研究工作的开展提供参考，为数字孪生赋能智慧农业和智能装备奠定理论基础。
关键词： 农机装备；数字孪生；信息技术；虚拟仿真；智慧农业
文章图片
图1 农机装备数字孪生概念示意图
Fig. 1 Diagram of digital twin for agricultural machinery
图2 三个层级的数字孪生系统
Fig. 2 Digital twin system in three levels
图3 农机装备数字孪生系统框架
Fig. 3 Framework of digital twin system for agricultural machinery
图4 农机装备数字孪生系统组织架构
Fig. 4 Organization structure of digital twin system for agricultural machinery
图5 农机装备数字孪生系统的闭环运行机制
Fig. 5 Closed-loop operation mechanism of digital twin system for agricultural machinery
图6 农机装备数字孪生项目的实施路线
Fig. 6 Implementation route of digital twin project of agricultural machinery
图7 农机装备数字孪生两大应用场景
Fig. 7 Two major application scenarios of digital twin for agricultural machinery
图8 数字孪生赋能农机装备设计
Fig. 8 Digital twin empowerment manufacturing of agriculture machinery
图9 数字孪生赋能农机装备运维管控
Fig. 9 Digital twin empowerment operation and maintenance of agriculture machinery
图10 大马力拖拉机的数字孪生案例
Fig. 10 Digital twin case of high-horsepower tractor
图11 大型联合收获机的数字孪生案例
Fig. 11 Digital twin cases of large combine harvester
作者简介
杜岳峰
副教授
杜岳峰，博士，副教授，山东泰安人，研究方向为农机装备数字化设计、智能农机装备与数字孪生、虚拟现实与人机交互等，任机械与农业工程国家级虚拟仿真教学中心副主任，中国农业大学工学院数字孪生青年科学家工作室负责人。近五年内，承担国家自然科学基金2项、省部级课题 2 项，申报国家发明专利 15 件，授权 9 件，以第一作者或通讯作者发表学术论文 20 篇，完成科技成果鉴定 2 项，获中国机械工业科学技术奖、农业机械科学技术奖等 2 项。E-mail：[email protected]。
郭大方
博士研究生
郭大方，博士生，山东临沂人，在山东理工大学取得工学学士学位，在中国农业机械化科学研究院取得工学硕士学位，现于中国农业大学工学院攻读工学博士学位，主要研究方向为农机装备数字孪生与智能控制技术。E-mail：[email protected]。
来源：【智慧农业（中英文）】2023年第2期
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