[發明專利]基于邊緣計算和數字孿生的智能生產系統和方法

有效

• 申請號: 202010513144.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111857065B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 許方敏;韓伊凡;楊帆;趙成林;李斌
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

1.一種基于邊緣計算和數字孿生的智能生產系統，其特征在于，包括：物理系統、邊緣數字孿生節點、數字孿生管理控制系統、生產制造仿真系統、訂單系統和AI算法模型庫；AI代表人工智能；

物理系統，包括物理生產線、工控網絡和智能感知設備；智能感知設備實時獲取物理生產線信息并通過工控網絡傳輸至邊緣數字孿生節點；所述的物理生產線信息包括生產線上實體設備運行時的形態數據、狀態數據和行為數據；

在物理系統中布置有多個邊緣數字孿生節點，每個邊緣數字孿生節點通過網絡與周圍的智能感知設備通信，接收實時物理生產線信息，根據其中的實體設備運行時的狀態數據，結合實體設備的材料參數和幾何參數，對實體設備進行模型構建與仿真，并進行可視化展示；邊緣數字孿生節點還利用AI算法模型庫中預訓練的模型實時對物理生產線信息進行分析，將分析處理結果發送給數字孿生管理控制系統，并在實體設備模型的狀態展示中提供信息提示；

數字孿生管理控制系統從各邊緣數字孿生節點獲取物理生產線信息生成物理系統的數字孿生模型；數字孿生管理控制系統從訂單系統接收訂單計劃，依據訂單計劃中的定制產品信息判斷是否存在定制產品的有效歷史制造策略，若有將制造策略直接轉發給物理系統進行實際生產；否則，數字孿生管理控制系統調用AI算法模型庫中的生產設備調度優化模型，生成定制產品的制造策略的初始資源配置方案以及仿真分析作業；

生產制造仿真系統對數字孿生管理控制系統生成的數字孿生模型執行仿真分析作業，反饋仿真結果給數字孿生管理控制系統；數字孿生管理控制系統根據仿真結果優化定制產品的制造策略；

訂單系統用于接收個性化定制訂單，下發訂單計劃給數字孿生管理控制系統；

AI算法模型庫部署在云端，存儲有不同的AI算法模型，包括有設備故障預測模型、設備壽命預測模型、生產設備調度優化模型。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的邊緣數字孿生節點包括數據處理模塊、存儲器、模型構建仿真模塊、可視化模塊、計算模塊、處理控制模塊和控制器；

所述的數據處理模塊用于對實時物理生產線信息進行預處理，并將預處理后的數據發送給存儲器和模型構建仿真模塊；其中，預處理包括數據清洗、聚合、自更新和時序拼接；

所述的模型構建仿真模塊接收到經數據處理模塊預處理的數據后，根據其中的實體設備運行時的狀態數據，結合實體設備的材料參數和幾何參數，利用UG軟件對實體設備進行模型構建與仿真，并通過可視化模塊實時將構造的實體設備模型狀態展示；

所述的存儲器用于存儲數據處理模塊輸出的數據、模型構建仿真模塊所構造的實體設備模型、AI算法模型庫傳來的模型參數和物理生產線上實體設備的歷史運行狀態數據；

所述的計算模塊從存儲器中讀取物理生產線上實體設備的實時物理生產線信息，再從存儲器中調用AI算法模型庫中的模型參數，利用AI算法模型對所讀取的實體設備的實時物理生產線信息進行異常檢測分析處理，將分析處理結果傳送至數字孿生管理控制系統和處理控制模塊、模型構建仿真模塊，模型構建仿真模塊將處理結果通過可視化模塊展示在實體設備模型狀態中；

所述的處理控制模塊根據計算模塊的分析處理結構，依據配置好的處理邏輯發送控制指令給物理生產線的控制系統；

所述的控制器用于邊緣數字孿生節點的資源調度、任務編排和邏輯處理。

3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述的數字孿生管理控制系統，在產品生產過程中，對實時接收到的物理生產線信息，根據生產設備調度優化模型，生成新的生產線運行狀態數據，并輸入生產制造仿真系統對物理生產線的運行狀態進行仿真，根據仿真結果優化生產線運行狀態數據，結合接收到的實時作業執行狀態動態地生成生產設備調度指令給物理系統。