[發(fā)明專(zhuān)利]一種智能生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811340302.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109613895A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周紅橋;魏一雄;田富君;陳興玉;郭磊;陳亮希;張燕龍;周金文;蘇建軍;李廣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418;G06Q50/04
• 代理公司: 合肥昊晟德專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發(fā)明涉及一種智能生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，包括物理空間層、信息層和虛擬空間層；所述物理空間層由物理生產(chǎn)線、智能感知設(shè)備和工控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；信息層包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及生產(chǎn)線信息數(shù)據(jù)庫(kù)；虛擬空間層適配個(gè)人電腦、手持設(shè)備多種平臺(tái)和環(huán)境，它由三維可視化引擎在信息層生產(chǎn)線信息數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)下，在線實(shí)時(shí)和離線非實(shí)時(shí)渲染生成與物理生產(chǎn)線一致的虛擬生產(chǎn)線，具有多視角可視化展示、自然交互、狀態(tài)監(jiān)控等功能。本發(fā)明通過(guò)各種智能感知設(shè)備采集物理生產(chǎn)線實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，并基于此信息來(lái)驅(qū)動(dòng)三維可視化引擎渲染生成與物理生產(chǎn)線一致的虛擬生產(chǎn)線模型，從而實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)線與物理生產(chǎn)線的孿生鏡像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種智能生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)。

背景技術(shù)

世界各主要國(guó)家紛紛提出了促進(jìn)本國(guó)制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略，如美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025等，為推進(jìn)智能制造提供了契機(jī)。這些舉措的目的都是借助信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造的物理世界和信息世界的互聯(lián)互通與智能化操作。智能化工廠是實(shí)現(xiàn)“智能制造”的必由之路，而智能化生產(chǎn)線又是實(shí)現(xiàn)智能化工廠的基礎(chǔ)。但是，目前生產(chǎn)線物理空間與信息空間相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)傳遞存在滯后性，虛實(shí)空間無(wú)法實(shí)時(shí)交互與融合，智能化水平還不高。鑒于此現(xiàn)狀，數(shù)字孿生(Digital Twin，DT)作為實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)(cypher-physical system，CPS)融合的技術(shù)手段引起了廣泛的關(guān)注。

數(shù)字孿生技術(shù)是指利用數(shù)字技術(shù)對(duì)物理實(shí)體對(duì)象的特征、行為、形成過(guò)程和性能進(jìn)行描述和建模，在虛擬空間中存在一個(gè)與物理空間中的物理實(shí)體對(duì)象完全一樣的數(shù)字鏡像，使得產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字空間模型和物理空間模型處于實(shí)時(shí)交互中，使二者能夠及時(shí)地掌握彼此的動(dòng)態(tài)變化并實(shí)時(shí)地做出響應(yīng)。

最近幾年來(lái)，數(shù)字孿生在理論層面和應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注。然而，經(jīng)過(guò)檢索相關(guān)專(zhuān)利和論文發(fā)現(xiàn)，目前數(shù)字孿生系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)在實(shí)時(shí)可視化、自然交互以及多平臺(tái)環(huán)境支持方面還存在不足，例如有的沒(méi)有與物理模型一致的虛擬三維模型，有的虛擬三維模型無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤和反應(yīng)物理模型狀態(tài)，有的無(wú)法提供自然交互方式，如多視角漫游、細(xì)部放大觀察等，有的不支持遠(yuǎn)程、手持設(shè)備等平臺(tái)和環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于個(gè)人電腦、手持設(shè)備等多種平臺(tái)和環(huán)境下生產(chǎn)線在線實(shí)時(shí)和離線非實(shí)時(shí)狀態(tài)的多視角可視化展示、自然交互和狀態(tài)監(jiān)控，以及生產(chǎn)件數(shù)、故障數(shù)、故障率和生產(chǎn)節(jié)拍等分析數(shù)據(jù)的可視化展示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線虛實(shí)映射和深層次的信息物理融合，從而提升生產(chǎn)線的智能化水平的智能生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種智能生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，包括物理空間層、信息層和虛擬空間層；

所述物理空間層由物理生產(chǎn)線、智能感知設(shè)備和工控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，物理空間層借助智能感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)物理生產(chǎn)線狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)獲取，并通過(guò)工控網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息層；

所述信息層包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及生產(chǎn)線信息數(shù)據(jù)庫(kù)；

所述虛擬空間層適配個(gè)人電腦、手持設(shè)備多種平臺(tái)和環(huán)境，虛擬空間層由三維可視化引擎在信息層生產(chǎn)線信息數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)下，在線實(shí)時(shí)和離線非實(shí)時(shí)渲染生成與物理生產(chǎn)線一致的虛擬生產(chǎn)線，具有多視角可視化展示、自然交互、狀態(tài)監(jiān)控功能；虛擬空間層對(duì)信息層中數(shù)據(jù)分析模塊產(chǎn)生的各種結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。

所述智能感知設(shè)備包括可編程邏輯控制器PLC、傳感器和遠(yuǎn)程終端單元，所述物理生產(chǎn)線狀態(tài)信息包括物理生產(chǎn)線機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、工件、物料、傳送裝置、物流設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的位置、位姿、速度和狀態(tài)信息。

所述智能感知設(shè)備實(shí)時(shí)獲取的物理生產(chǎn)線狀態(tài)信息由工控網(wǎng)絡(luò)傳輸至信息層，支持Zigbee、Bluetooth、LAN、WIFI、NB-IoT多種傳輸協(xié)議。