[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的模塊化產(chǎn)品定制方法

有效

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• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112084646B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許靜;周磊;陳平錄;熊祥盛;劉木華
• 申請（專利權(quán)）人: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q30/06;G06Q50/04;G06T17/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

1.一種基于數(shù)字孿生的模塊化產(chǎn)品定制方法，其特征在于，首先構(gòu)建物理空間、虛擬空間及企業(yè)操作系統(tǒng)，而后根據(jù)實(shí)時(shí)獲取物理空間、虛擬空間及企業(yè)操作系統(tǒng)的孿生數(shù)據(jù)確定企業(yè)定制產(chǎn)品的模塊規(guī)劃，依次對企業(yè)定制產(chǎn)品的模塊規(guī)劃進(jìn)行性能仿真分析驗(yàn)證，若性能仿真分析驗(yàn)證不合格，則更新模塊直至性能仿真分析驗(yàn)證合格，待性能仿真分析驗(yàn)證合格后，再在實(shí)體空間中進(jìn)行模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)裝配，具體步驟如下：

一）獲取實(shí)時(shí)的孿生數(shù)據(jù)

物理空間實(shí)時(shí)監(jiān)測采集包括原材料、供應(yīng)商、產(chǎn)品、模塊、零件、設(shè)備、工作人員及用戶在內(nèi)的物理實(shí)體動(dòng)態(tài)信息，并將所采集的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)時(shí)處理后反饋至虛擬空間，以完成虛擬模型的實(shí)時(shí)更新；

虛擬空間用于提供虛擬模型，虛擬模型包括屬性模型、關(guān)系模型、生命周期階段模型、參數(shù)化三維模型、參數(shù)化仿真模型、模塊規(guī)劃模型、生產(chǎn)調(diào)度模型、售價(jià)預(yù)測模型、配置模型及可視化生產(chǎn)車間模型，通過虛擬模型構(gòu)建企業(yè)數(shù)字孿生體；

企業(yè)操作系統(tǒng)包括MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、模塊劃分模塊、生命周期管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、仿真模塊及模塊化產(chǎn)品定制系統(tǒng)，且模塊化產(chǎn)品定制系統(tǒng)與MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、模塊劃分模塊、生命周期管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、仿真模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，管理控制與定制各種任務(wù)；

二）確定模塊化產(chǎn)品定制策略并對模塊化產(chǎn)品定制策略進(jìn)行性能仿真分析驗(yàn)證

步驟1，制定企業(yè)定制產(chǎn)品的模塊規(guī)劃

構(gòu)建模塊規(guī)劃模型，包括如下子步驟：

步驟1-1，制定定量化的考量標(biāo)準(zhǔn)；

步驟1-2，在所制定的定量化考量標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上構(gòu)建用于模塊劃分的多個(gè)目標(biāo)函數(shù)；

步驟1-3，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到較佳的模塊劃分方案；

步驟1-4，設(shè)置相關(guān)模塊劃分評價(jià)指標(biāo)，判斷不同模塊劃分方案的優(yōu)劣，獲取最佳的模塊規(guī)劃模型；

步驟1-5，對模塊規(guī)劃模型接口進(jìn)行優(yōu)化，使模塊組合更加靈活；

步驟2，構(gòu)建生命周期階段模型

根據(jù)步驟1）所制定的企業(yè)定制產(chǎn)品的模塊規(guī)劃，構(gòu)建生命周期階段模型；

步驟3，選取模塊

根據(jù)步驟1）構(gòu)建的企業(yè)定制產(chǎn)品模塊規(guī)劃和步驟2）構(gòu)建的生命周期階段模型，結(jié)合實(shí)時(shí)獲取的客戶需求數(shù)據(jù)，從現(xiàn)有模塊中選擇合適模塊用于當(dāng)前訂單定制；

步驟4，新模塊設(shè)計(jì)與變型設(shè)計(jì)

當(dāng)步驟3）中沒有滿足需求的模塊供選擇時(shí)，則進(jìn)行模塊變型設(shè)計(jì)或新模塊設(shè)計(jì)；

步驟5，性能仿真分析驗(yàn)證企業(yè)定制產(chǎn)品的可行性

將產(chǎn)品三維模型與場景模型導(dǎo)入仿真軟件中，對定制模塊中的產(chǎn)品性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證，去除不能滿足性能要求的方案集，并輸出可行方案與定制目標(biāo)間的差距；

步驟6，生產(chǎn)計(jì)劃制定與虛擬生產(chǎn)過程仿真

建立設(shè)備與零件相關(guān)的約束條件，以保證虛擬空間生產(chǎn)模型的運(yùn)行情況符合現(xiàn)實(shí)情況，對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行虛擬仿真，分為如下子步驟：

步驟6-1，對生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)時(shí)更新模塊、零件、原材料庫存數(shù)據(jù)以及當(dāng)前的生產(chǎn)加工計(jì)劃與進(jìn)程數(shù)據(jù)；

步驟6-2，結(jié)合各零件加工特征、加工工序、加工設(shè)備、加工能耗、加工耗時(shí)及操作人員間的關(guān)系，信息間的關(guān)系，進(jìn)行綜合評價(jià)以建立對生產(chǎn)調(diào)度過程進(jìn)行調(diào)整的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

步驟6-3，建立設(shè)備與零件相關(guān)的約束條件，以保證虛擬空間生產(chǎn)模型的運(yùn)行情況符合現(xiàn)實(shí)情況；

步驟6-4，根據(jù)步驟6-2）建立的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，為定制模塊制定生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，尋求與當(dāng)前生產(chǎn)計(jì)劃間的最高契合度；

步驟6-5，通過可視化生產(chǎn)車間模型，在虛擬空間對各定制方案對應(yīng)的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行仿真運(yùn)行，驗(yàn)證生產(chǎn)計(jì)劃的可行性、合理性；

步驟6-6，獲取定制方案對應(yīng)的定制周期，并結(jié)合生產(chǎn)過程的難易程度、生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整的損失及模塊、零件成本，在售價(jià)預(yù)測模型中初步預(yù)估各方案的售價(jià)；

步驟7，定制方案多角度評估

對步驟6）中獲得虛擬仿真方案進(jìn)行綜合評價(jià)，選取最適合當(dāng)前用戶的定制方案，若當(dāng)前定制方案集無用戶滿意的方案，則重復(fù)步驟3）～步驟7），直至滿意；

步驟8，模塊更新與模塊革新

根據(jù)步驟3）～步驟7）產(chǎn)品定制過程中獲得的新模塊，通過步驟2）中構(gòu)建的生命周期階段模型定義方法對模塊進(jìn)行定義并更新進(jìn)至原有模型中；

三）在實(shí)體空間中進(jìn)行模塊化產(chǎn)品生產(chǎn)裝配

根據(jù)最終確立定制方案與制定的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，在物理空間進(jìn)行模塊實(shí)體的加工與裝配，得到完整的定制產(chǎn)品。