[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

本發明提出一種基于邊緣計算和數字孿生的智能生產系統和方法，屬于智能化生產領域。本發明智能生產系統包括物理系統、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。本發明方法包括：智能感知設備實時獲取物理生產線信息傳輸至邊緣數字孿生節點；邊緣數字孿生節點構建設備模型、預測設備故障和壽命、進行可視化展示；數字孿生管理控制系統生成生產設備調度的仿真分析作業，根據生產制造仿真系統的仿真結果優化生產調度策略，發送生產調度指令給物理系統。本發明降低了終端處理器的計算負擔，減小了時延，提高了整個智能生產系統的信息映射效率和工作效率，實現了邊緣側的設備故障監控、預測與維護。

技術領域

本發明屬于智能化生產領域，具體涉及一種基于邊緣計算和數字孿生的智能生產系統和方法。

背景技術

為推進智能制造快速發展，世界上許多國家都制定了相應的發展戰略，如美國工業互聯網、德國工業4.0、中國制造2025等。以制造為導向的物理信息系統CPS(Cyber-Physical?Systems)通過構筑信息空間與物理空間數據交互的閉環通道，能夠實現信息虛體與物理實體之間的交互聯動，借助信息技術，實現制造的物理世界和信息世界的互聯互通與智能化操作。目前，生產線物理空間與信息空間相互獨立，數據傳遞存在滯后性，虛實空間無法實時交互與融合，智能化水平還不高。鑒于此現狀，數字孿生作為CPS融合的技術手段引起了廣泛的關注。

作為CPS系統核心的數字孿生技術以物理實體為參照建立靜態模型，通過實時數據采集、遠程協調和實時監控，動態跟蹤物理實體的工作狀態和工作進展，將物理空間中的物理實體在信息空間進行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執行能力的數字孿生體。應用于工業化生產的數字孿生技術能夠把研發到生產的技術流程打通，且能夠利用虛擬模型仿真未知的領域和設計，將對產品制造過程的智能化和產品本身的智能化結合起來，使得實體產品的生產加工和運行狀態能夠實時、精確地反映在虛擬空間中，實現了信息的雙向流動，利用信息的反饋機制對產品制造進行精確控制。

將數字孿生運用于智能化生產，在車間現場對實時性有較高要求，有諸多短周期數據需要處理，同時車間現場復雜多變，這些都要求在車間現場這類工業互聯網邊緣提供智能，以支撐智能化生產。

邊緣計算適用于高實時性、短周期數據、本地決策等場景，是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的分布式開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足工業數字化在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

面向行業智能2.0的挑戰，邊緣計算是聯接物理和數字世界的橋梁，建立物理世界和數字世界的聯接與互動，使能智能資產、智能網關、智能系統和智能服務。通過數字孿生，在數字世界建立起對多樣協議、海量設備和跨系統的物理資產的實時映像，了解事物或系統的狀態，應對變化，改進操作和增加價值。在過去十年里，網絡、計算和存儲領域作為信息和通信技術ICT產業的三大支柱，在技術可行性和經濟可行性發生了指數性提升。聯接成本的下降、計算力的提升、海量的數據使得數字孿生有機會在行業智能2.0時代發揮重要作用。