| Theory and Method of Mechanical Design |
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| Method for efficient multi-machine collaborative operation driven by integration of edge computing and digital twin |
Zhijie XIAO1,2( ),Jiacheng XIE1,2,Xiaojun QIAO1,3,Xuewen WANG1,2(),Lang QIN1,2 |
1.College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2.Shanxi Key Laboratory of Fully Mechanized Coal Mining Equipment, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
3.Shanxi TZCO Construction Machinery Co. , Ltd. , Taiyuan 030000, China |
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Abstract The mechanical equipment, due to its insufficient level of intelligence, is unable to perform complex operational tasks, and the mechanism for collaborative operation among the multiple machines is not clearly defined. Thus, by integrating edge computing, digital twin and multi-agent technology, a method for efficient multi-machine collaborative operation driven by the integration of edge computing and digital twin was proposed. Firstly, the terminal physical equipment Agent and the edge twin system Agent were constructed, and an edge-terminal cyber-physical symbiotic system applicable to various intelligent mechanical equipment was designed. Secondly, a dual-layer distributed collaborative operation mechanism was proposed, which was allowed both independent operation on an individual equipment and collaborative operation among multiple machines through direct physical interaction and indirect cyber-physical interaction. Finally, based on the existing equipment in the laboratory, the cyber-physical symbiotic systems for the detection robot and the operation robot were built. Through the robot collaborative operation experiment, the efficiencies of the cyber-physical symbiotic system and the dual-layer distributed collaborative operation mechanism were verified. The proposed method not only enhances the equipment's perception, decision-making and control capabilities, but also provides strong support for efficient multi-machine collaborative operation.
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Received: 07 May 2025
Published: 31 October 2025
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Corresponding Authors:
Xuewen WANG
E-mail: x2831328166@163.com;wangxuewen@tyut.edu.cn
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边缘计算和数字孪生融合驱动的多机高效协同运行方法
机械装备由于智能化程度不够高，难以完成较为复杂的作业任务，并且装备间协同运行的机制尚不明确。由此，将边缘计算、数字孪生和多智能体技术相结合，提出了一种边缘计算和数字孪生融合驱动的多机高效协同运行方法。首先，构建了终端物理装备Agent和边缘孪生系统Agent，设计了一种适用于各类智能化机械装备的边端虚实共生系统；然后，提出了一种双层分布式协同运行机制，其既可在单一装备中独立运行，又可通过物理直接交互和虚实间接交互两种交互模式实现多机协同运行；最后，基于实验室现有装备，构建了探测机器人和作业机器人的边端虚实共生系统，并通过机器人协同作业实验，验证了边端虚实共生系统和双层分布式协同运行机制的有效性。所提出的方法既可以提高装备的感知、决策、控制能力，又为多机高效协同运行提供了有力支持。
关键词：
边缘计算,
数字孪生,
多智能体系统,
多机协同
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