[發(fā)明專利]一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010469769.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111708332B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪海波;宋倩;郭具濤;鐘珂珂;劉驍佳;時常鳴;王英偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

1.一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，其特征在于包括：實時數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)信息模型模塊、人機交互模塊、生產(chǎn)線性能評估模塊、生產(chǎn)線控制服務(wù)模塊；其中：

實時數(shù)據(jù)采集模塊，接收實際生產(chǎn)線實時采集得到的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至人機交互模塊和生產(chǎn)線性能評估模塊；

所述生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)包括設(shè)備狀態(tài)、人員狀態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)、物流狀態(tài)、能源狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)包括：設(shè)備運行時間、單道工序加工時間、設(shè)備開關(guān)機狀態(tài)；

所述人員狀態(tài)包括：人員實時位置、人員工作時間、人員的數(shù)量、人員工號；

所述的產(chǎn)品狀態(tài)包括：在制品數(shù)量、在制品種類、在制品工序數(shù)、在制品編號、各類產(chǎn)品日產(chǎn)量；

所述的物流狀態(tài)包括：在制品實時位置、物流設(shè)備實時位置、物流設(shè)備工作時長、物流設(shè)備待機時長、每批次產(chǎn)品入庫時間、每批次入庫產(chǎn)品數(shù)量、每批次產(chǎn)品出庫時間、每批次出庫產(chǎn)品數(shù)量、實時庫位數(shù)量；

所述的能源狀態(tài)信息包括：車間電表數(shù)據(jù)、冷卻液用量、潤滑液用量；

工業(yè)信息模型模塊，用于構(gòu)建、存儲、管理實際生產(chǎn)線中所涉及部件的信息模型，所述信息模型包括幾何模型、物理信息模型、功能信息模型、性能信息模型和規(guī)則信息模型，所述規(guī)則信息模型包括生產(chǎn)線平衡性原則和替代性原則，用于規(guī)范生產(chǎn)線的調(diào)整流程，保證生產(chǎn)線在調(diào)整過程中的合理性；

人機交互模塊，接收實時數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的生產(chǎn)線狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對實際生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，得到實際生產(chǎn)線中涉及的每個部件的實際生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)；建立一條與實際生產(chǎn)線相對應(yīng)的虛擬生產(chǎn)線，即：數(shù)字孿生生產(chǎn)線，所述數(shù)字孿生生產(chǎn)線通過實例化工業(yè)信息模型模塊中實際生產(chǎn)線中涉及部件所對應(yīng)的幾何模型實現(xiàn)，所述幾何模型以屬性的形式綁定了部件的物理信息模型、功能信息模型、性能信息模型和運動控制顯示程序，每個部件的運動控制顯示程序提取該部件對應(yīng)的實際生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)后，對該部件對應(yīng)的實際生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，得到虛擬生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)虛擬生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，控制幾何模型移動、旋轉(zhuǎn)、變化完成仿真動作，實現(xiàn)對生產(chǎn)線生產(chǎn)過程的動態(tài)仿真，同時，將該部件對應(yīng)的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)以圖表形式可視化表達(dá)在界面上；

生產(chǎn)線性能評估模塊，接收實時數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送來的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，利用實際生產(chǎn)線各個單項性能指標(biāo)計算方法，自動計算并顯示各個單項指標(biāo)數(shù)值，并根據(jù)這些各個單項指標(biāo)數(shù)值，對實際生產(chǎn)線的綜合性能進(jìn)行整體性評估；

生產(chǎn)線控制服務(wù)模塊，接收外部輸入的設(shè)備控制指令，并將設(shè)備控制指令下發(fā)至實際生產(chǎn)線中相應(yīng)的設(shè)備，控制設(shè)備工作狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，其特征在于：所述實時數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通信三部分，數(shù)據(jù)采集部分采集車間生產(chǎn)線中的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)管理部分；數(shù)據(jù)管理部分將采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、封裝和存儲；數(shù)據(jù)通信部分作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，并根據(jù)消息隊列遙測傳輸協(xié)議為作為數(shù)據(jù)訂閱客戶端的人機交互模塊提供消息發(fā)布服務(wù)，將數(shù)據(jù)管理部分中封裝之后的數(shù)據(jù)發(fā)送給人機交互模塊，實現(xiàn)生產(chǎn)線現(xiàn)場與數(shù)字孿生系統(tǒng)間的數(shù)字通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)，其特征在于：

對于設(shè)備而言，物理信息模型包括物理材質(zhì)、體積、重量、運動機構(gòu)的聯(lián)動關(guān)系信息；功能信息模型包括設(shè)備的功能、用途、品牌、在役時間信息；性能信息模型包括設(shè)備的產(chǎn)能、最大負(fù)載、轉(zhuǎn)速、精度、冷卻時間、校準(zhǔn)時間、維護(hù)保養(yǎng)周期、設(shè)備故障率信息；

對于人員而言，物理信息模型包括人的骨骼模型、關(guān)節(jié)動作狀態(tài)；功能信息模型包括人員職能、操作技能、管理權(quán)限信息；性能信息模型包括年齡、工齡、熟練度、工作效率、工作周期信息；

對于物料而言，所述物理信息模型包括物料的材料屬性、外形顏色、體積、重量信息；功能信息模型包括出物料編號、物料用途、加工要求信息；性能信息模型包括加工工序、出入庫檢驗要求信息；

對于產(chǎn)品而言，所述物理信息模型包括材料屬性、外形顏色、體積、重量信息；功能信息模型包括產(chǎn)品用途、型號、編號信息；性能信息模型包括裝配精度、性能參數(shù)信息。