[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

本發明公開了一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法及系統，方法包括：設計基于數字孿生的二級封裝設計模塊，該模塊完成對總裝工位與總裝車間的設計與封裝；設計數字孿生虛實交互調試模塊，該模塊通過與物理實體建立實時數據連接，實現對模型、接口、系統的調試；設計總裝工作人員模型庫，實現對總裝工作人員工藝完成時間、工藝匹配度、個體疲勞度的分析與預測；設計工藝仿真分析模塊，該模塊對設計方案進行仿真驗證，并對缺陷方案進行優化修正；設計數字孿生系統實例化模塊，該模塊將上述設計實例化，輸出為模塊化組件指導車間建設與系統開發。本方法針對衛星脈動式總裝車間特點，能一定程度上提升衛星脈動式總裝車間的設計效率和有效性。

技術領域

本發明屬于工業數字化和計算機科學領域，具體涉及一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法及系統。

背景技術

衛星總裝是衛星研制過程中至關重要的一環，影響著衛星的最終質量。如今，隨著衛星行業商業轉型的迅猛發展，傳統衛星固定式站位的裝配模式已難以應對低成本、短周期、大批量、高度定制化的研制需求與挑戰。而脈動式總裝模式是介于連續移動裝配和固定式裝配的一種節拍間歇移動的裝配方式，通過對傳統工藝進行解構并重新設計，形成了特定工位完成特定工藝，衛星產品在不同工位間移動以完成裝配任務的總裝模式。脈動式總裝模式大幅提升了裝配效率，更有利于總裝過程的精益管理，同時便于提升整體系統的數字化、自動化、智能化水平，是應對衛星總裝未來發展需求與挑戰的有效模式。

如今在車間設計方面，通常借助設備或單元的數字化模型，進行設計與優化，借助離線仿真或半實時仿真對方案進行驗證分析，最終形成設計方案。這些技術在針對衛星脈動式總裝生產設計上存在以下問題：①現有設計方法主要針對流水生產線，針對衛星等復雜產品的脈動式總裝車間設計的方法有限，缺少對離散裝配中人員操作時間、熟練度、疲勞度等因素的考慮；②現有設計方法的數字化模型通常與實際場景和設備存在不一致、不準確等問題，降低了設計結果的可信性；③現有設計方法的離線仿真和半實時仿真通常與實際裝配生產中的工單工藝脫節；④現有設計方法在通信網絡設計和控制機制設計上存在缺乏；⑤現有設計方法的設計方案成果在實際總裝車間建設時轉化率不高，無法將設計時生成的模型、接口、控制機制等直接或間接轉化總裝車間管控系統的一部分。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：①現有設計方法主要針對流水生產線，針對衛星等復雜產品的脈動式總裝車間設計的方法有限，缺少對離散裝配中人員操作時間、熟練度、疲勞度等因素的考慮；②現有設計方法的數字化模型通常與實際場景和設備存在不一致、不準確等問題，降低了設計結果的可信性；③現有設計方法的離線仿真和半實時仿真通常與實際裝配生產中的工單工藝脫節；④現有設計方法在通信網絡設計和控制機制設計上存在缺乏；⑤現有設計方法的設計方案成果在實際總裝車間建設時轉化率不高，無法將設計時生成的模型、接口、控制機制等直接或間接轉化總裝車間管控系統的一部分。因此，本發明針對上述問題，借助數字孿生技術對傳統的設計方法進行改進，在一定程度上提升設計的效率、準確性、可信性、覆蓋度、指導性。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：一種數字孿生衛星脈動式總裝車間設計方法，包括：

步驟(1)、設計基于數字孿生的二級封裝設計模塊，該模塊具體實現：

(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；