[發明專利]一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法及系統

有效

• 申請號: 202011048006.8
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112132359B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 劉蔚然;陶飛;張連超;鄒孝付
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q10/087;G06Q50/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法，其特征在于，具體設計方法步驟如下：

步驟（1）、設計基于數字孿生的二級封裝設計模塊，具體實現：

（1.1）首先對衛星脈動式總裝車間工藝進行分析解耦，確定各裝配工位的具體工藝以及不同裝配工位間的工藝關系，設計包含工位設備、布局、運作機制、行為規則的裝配工位模型，各設備執行器、傳感器、上位機間的通信接口，以及裝配工位的機械運動及路徑、機械自動控制機制、裝配工藝簽署推進機制的控制機制腳本；

（1.2）對設計的裝配工位模型、通信接口、控制機制腳本進行集成，將其整體封裝為裝配工位數字孿生模型，該裝配工位數字孿生模型能夠進行位置調整、模型交互、接口調試、機械運動模擬；

（1.3）基于封裝后的各裝配工位數字孿生模型，實現以裝配工位為單元的模塊化設計，包括基于裝配工位三維模型的總裝車間布局設計與物流設計、基于裝配工位通信接口的車間通信網絡架構設計、基于控制機制腳本的車間工藝流程控制邏輯設計，得到設計的總裝車間模型、通信網絡、物流方案、控制邏輯；

（1.4）對設計開發的總裝車間模型、通信網絡、物流方案、控制邏輯進行集成，將其整體封裝為總裝車間數字孿生模型；

步驟（2）、設計數字孿生虛實交互調試模塊，具體實現：

（2.1）將總裝車間設計中所涉及的物理實體與數字孿生虛擬模型建立數據通訊，所述數字孿生虛擬模型包括裝配工位數字孿生模型與總裝車間數字孿生模型；

（2.2）在相同信號激勵下，采集物理實體與數字孿生虛擬模型的反饋數據，并計算兩者間的差值，判斷差值是否在系統允許閾值內；

（2.3）如果不在允許閾值內，對數字孿生虛擬模型進行修正，并再次進行信號激勵與差值判斷；

（2.4）如果在允許閾值內，則將數字孿生虛擬模型輸出；

步驟（3）、設計總裝工作人員模型庫，基于歷史數據對工作人員的相關工藝操作進行建模，包括工藝平均完成時間預測模型P_a、基于個體熟練度的工藝完成時間預測模型P_p、基于個體操作能力的工人-工位匹配度模型P_m、基于個體體能的疲勞度預測模型P_f；

步驟（4）、設計工藝仿真分析模塊，具體實現：

（4.1）以裝配工單、設備實時或歷史數據、人員實時或歷史操作記錄為仿真驅動腳本，導入總裝車間數字孿生模型、總裝工作人員模型庫，對衛星脈動式總裝過程進行仿真；

（4.2）借助仿真結果參數分析總裝車間設計的功能、性能、可行性、可靠性，根據各項指標判斷設計方案是否需要修正優化；

（4.3）如果需要優化，確定優化目標與指標，借助多目標優化算法對總裝車間設計進行優化，形成對總裝車間設計的修正策略，將策略返回步驟（1）中的基于數字孿生的二級封裝設計模塊進行再設計；

（4.4）如果不需要優化，則將總裝車間設計模型輸出；

步驟（5）、設計數字孿生系統實例化模塊，將總裝車間設計模型進行實例化，形成總裝車間布局模型、網絡架構與接口模型、物流方案與控制策略、車間控制腳本、工人工藝任務分配策略，用于指導裝配線現場建設、安裝、調試以及數字孿生車間系統構建。

2.根據權利要求1所述的一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法，其特征在于，所述步驟（1）的裝配工位數字孿生模型包括：模型覆蓋裝配工位的多種對象，多種對象包括場地、人員、物料、裝備、工具；首先構建裝配工位三維模型，其中裝備、工具的三維模型是獨立且可動的，并結合工位場景模型進行布局設計，構建為裝配工位三維模型；其次，對各對象的數據模型進行構建，開發并關聯相關數據接口，確保數據的采集、處理及存儲；隨后，對各對象的機械運動模型、物理屬性模型、規則模型、控制機制腳本進行構建，其中要對人員操作與設備、產品的關聯關系建立模型，以反映人員操作對裝配過程的影響；通過以上模型實現對裝配工位的數字化描述，最終對以上所有裝配工位內的模型建立關聯關系和交互關系。