[發(fā)明專利]一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010187646.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN111413887B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉振宇;何鑫;胡偉飛;譚建榮;楊明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括物理環(huán)境部分、虛擬環(huán)境部分和虛實(shí)紐帶部分；物理環(huán)境部分為由物理實(shí)體組成的產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線，虛實(shí)紐帶部分負(fù)責(zé)物理環(huán)境部分與虛擬環(huán)境部分的數(shù)據(jù)交互，虛擬環(huán)境部分用于實(shí)時(shí)映射物理環(huán)境部分提供實(shí)時(shí)監(jiān)督，同時(shí)利用生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)傳輸?shù)奶摂M環(huán)境下的仿真數(shù)據(jù)共同構(gòu)成的孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，完成對(duì)產(chǎn)線的故障分析診斷決策，以便對(duì)產(chǎn)線裝備作業(yè)動(dòng)作及流程及時(shí)調(diào)整修復(fù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)模塊化、類別化，由相對(duì)獨(dú)立的組件組成；基于物理設(shè)備與虛擬設(shè)備的同步映射與實(shí)時(shí)交互，形成的設(shè)備健康管理新模式，實(shí)現(xiàn)快速捕捉故障現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車間生產(chǎn)線數(shù)字孿生領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)。

背景技術(shù)

Digital Twin數(shù)字孿生技術(shù)：是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬世界中完成物理世界的映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。數(shù)字孿生可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)，其是物理世界與虛擬世界進(jìn)行交互與融合的紐帶。

傳統(tǒng)的用于產(chǎn)品裝配的生產(chǎn)線的研發(fā)模式專注于對(duì)生產(chǎn)線建模與仿真來(lái)進(jìn)行，基于數(shù)字樣機(jī)的數(shù)字化技術(shù)，并結(jié)合產(chǎn)線運(yùn)行周期與流程，利用Delmia等流程建模軟件來(lái)構(gòu)建物理世界的三維模型和流程模型，并利用精確算法、啟發(fā)式算法和工作研究法等仿真優(yōu)化方法在仿真結(jié)果分析的基礎(chǔ)上找出產(chǎn)線的瓶頸并進(jìn)行改善。

但是目前上述方法存在以下問(wèn)題：用于產(chǎn)品裝配的生產(chǎn)線的物理世界與虛擬世界彼此獨(dú)立，之間的交互比較匱乏，缺乏連續(xù)、實(shí)時(shí)地交互、融合、反饋、迭代，生產(chǎn)線在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，其智能性、主動(dòng)性無(wú)法滿足工業(yè)4.0等先進(jìn)制造模式對(duì)智能生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)。本發(fā)明用于將物理世界的生產(chǎn)線的作業(yè)過(guò)程、作業(yè)流程、故障內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化的呈現(xiàn)，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)者提供實(shí)時(shí)監(jiān)督，同時(shí)利用生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合物理世界中之前采集的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，完成對(duì)產(chǎn)線的故障診斷，以便對(duì)產(chǎn)線及時(shí)修復(fù)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，其特征在于，包括物理環(huán)境部分、虛實(shí)紐帶部分和虛擬環(huán)境部分等。

所述物理環(huán)境部分為由物理實(shí)體組成的產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線。

所述虛實(shí)紐帶部分負(fù)責(zé)物理環(huán)境部分與虛擬環(huán)境部分的數(shù)據(jù)交互，由物理數(shù)據(jù)接收模塊、物理數(shù)據(jù)打包模塊、物理數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、虛擬數(shù)據(jù)接收模塊、虛擬數(shù)據(jù)解析模塊、虛擬數(shù)據(jù)發(fā)送模塊構(gòu)成。

所述虛擬環(huán)境部分用于實(shí)時(shí)映射物理環(huán)境部分并進(jìn)行產(chǎn)線報(bào)錯(cuò)和校正，由孿生粒子模型和孿生數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成。

所述孿生粒子模型是利用三維建模渲染軟件構(gòu)建的與物理環(huán)境下各物理實(shí)體一一對(duì)應(yīng)的虛擬三維模型，孿生粒子模型中每個(gè)物理實(shí)體的虛擬三維模型為一個(gè)孿生粒子。

所述孿生數(shù)據(jù)處理模塊，由物理數(shù)據(jù)解析模塊、物理數(shù)據(jù)對(duì)象綁定模塊、物理數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模塊、虛實(shí)映射顯示模塊、系統(tǒng)分析判斷模塊、決策生成模塊、指令生成模塊構(gòu)成。

所述物理實(shí)體包括工件、工件載體、機(jī)械臂和氣缸；所述機(jī)械臂由連桿和夾具組成；所述氣缸由PLC控制。

所述物理數(shù)據(jù)接收模塊用于定時(shí)采集物理實(shí)體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，識(shí)別接收的數(shù)據(jù)類型，分類接收不同物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，包括連桿關(guān)節(jié)角度、夾具開關(guān)信號(hào)和氣缸PLC信號(hào)；根據(jù)接收的數(shù)據(jù)創(chuàng)建機(jī)械臂群類和氣缸群類，并在機(jī)械臂群類中創(chuàng)建機(jī)械臂類；將采集的物理數(shù)據(jù)寫進(jìn)對(duì)應(yīng)的類中，并開發(fā)每一類數(shù)據(jù)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)；

所述物理數(shù)據(jù)打包模塊對(duì)所述物理數(shù)據(jù)接收模塊創(chuàng)建的類分別創(chuàng)建對(duì)象，并進(jìn)行二進(jìn)制序列化存儲(chǔ)得到打包數(shù)據(jù)；

所述物理數(shù)據(jù)發(fā)送模塊創(chuàng)建定時(shí)器，設(shè)置數(shù)據(jù)的發(fā)送頻率，將打包數(shù)據(jù)發(fā)送至虛擬環(huán)境。