[發明專利]一種生產線數字孿生系統

有效

• 申請號: 202010469769.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111708332B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）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）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

本發明公開了一種生產線數字孿生系統，該系統通過工業信息模型模塊實例化創建數字孿生生產線，并基于Unity3D物理引擎編寫通信、運動控制程序構建生產線孿生系統人機交互模塊；數據采集模塊實時采集、解析生產線實際狀態數據，并基于MQTT協議編寫通信程序實現孿生系統與物理生產線數據同步，同時對生產線的狀態數據進行管理，并轉發至生產線性能評估模塊；生產線性能評估模塊通過分析生產線運行數據，實時計算生產線的性能指標；生產線控制服務模塊通過向系統中的設備下發數控指令來實現對車間生產線設備的控制。本發明簡化了對生產線制造執行過程的仿真過程、提高了生產線仿真系統的設計效率、提高了車間生產一體化管理水平。

技術領域

本發明涉及智能制造技術領域，特別是涉及生產線的數字孿生系統。

背景技術

數字孿生是以數字化方式創建物理實體的虛擬模型，借助數據模擬物理實體在現實環境中的行為，通過虛實交互反饋、數據融合分析、決策迭代優化等手段，為物理實體增加或擴展新的能力。對于制造領域來說，數字孿生也可以定義為“一個對人、產品、設備以及工藝過程等制造元素進行數字描述，并隨著對象展現狀態、工作條件、產品幾何和資源狀態改變而同步更新的動態模型”，這種數字描述提供了元素和物理世界“物”操作的動態特性，并且存在于對象的全生命周期中。

針對車間生產線制造執行過程的仿真是個復雜過程，目前可以通過一些三維仿真軟件對生產線的布局、生產制造工藝路徑、物流方案等過程進行虛擬仿真，但這種虛擬仿真依據的是設計過程中的理論數據，缺乏對實際數據的有效利用，所獲得的仿真結果與實際也存在一定的偏差。針對生產線生產過程的監控方面，目前通過安裝監控攝像頭，對生產線生產畫面進行視頻錄像和存儲，可實現對生產線生產過程的實時監控，安裝部署的技術難度較低，但所用成本較多，存儲體量大，管理難度高，維護成本高。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種生產線數字孿生系統，以生產線實際數據為依據，實現生產線實體與生產線孿生體的虛實交互功能，解決對生產線執行制造過程的實時動態仿真、虛擬監控、分析評估等問題，提高了車間生產線一體化、可視化管理水平。

本發明解決技術的方案是：一種生產線數字孿生系統，該系統包括：實時數據采集模塊、工業信息模型模塊、人機交互模塊、生產線性能評估模塊、生產線控制服務模塊；其中：

實時數據采集模塊，接收實際生產線實時采集得到的生產狀態數據，并將生產狀態數據轉發至人機交互模塊和生產線性能評估模塊；

工業信息模型模塊，用于構建、存儲、管理實際生產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；

人機交互模塊，接收實時數據采集模塊發送的生產線狀態數據，并對實際生產線的生產狀態數據進行分解，得到實際生產線中涉及的每個部件的實際生產狀態數據；建立一條與實際生產線相對應的虛擬生產線，即：數字孿生生產線，所述數字孿生生產線通過實例化工業信息模型模塊中實際生產線中涉及部件所對應的幾何模型實現，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的實際生產狀態數據后，對該部件對應的實際生產狀態數據進行插值處理，得到虛擬生產狀態數據，根據虛擬生產狀態數據，控制幾何模型移動、旋轉、變化完成仿真動作，實現對生產線生產過程的動態仿真，同時，將該部件對應的生產狀態數據以圖表形式可視化表達在界面上；

生產線性能評估模塊，接收實時數據采集模塊發送來的生產狀態數據，并將這些數據作為輸入數據，利用實際生產線各個單項性能指標計算方法，自動計算并顯示各個單項指標數值，并根據這些各個單項指標數值，對實際生產線的綜合性能進行整體性評估；

生產線控制服務模塊，接收外部輸入的設備控制指令，并將設備控制指令下發至實際生產線中相應的設備，控制設備工作狀態。

所述生產狀態數據包括設備狀態、人員狀態、產品狀態、物流狀態、能源狀態數據；