[發明專利]一種基于數字孿生技術的FIMS系統架構設計方法

在審

• 申請號: 202110371675.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113093680A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 谷富強;孫強;施成章
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

1.一種基于數字孿生技術的FIMS系統架構設計方法，其特征是，包括有以下步驟：

S1、設計提出面向全生命周期的新型數字孿生柔性智能制造系統架構，其中包括有制造運行管理MES系統、DT系統、FMS系統、IOT-Enabler系統、底層硬件設備；

S2、根據實際車間的構成，將車間對象主要分為加工生產線、RMFS物流運輸線、立體倉庫、可移動對象AGV類型，建立真實物理車間對應虛擬數字孿生體模型；

S3、建立FIMS數字孿生體數據采集系統，為了實現模型間的數據交互和外部實時數據的交互，孿生模型要根據運行邏輯交互信號和驅動數據建立通訊控制信號接口；

S4、建立FIMS加工生產系統；

S5、建立柔性智能制造系統中RMFS物流系統；

S6、建立立體倉庫系統；

S7、建立基于數字孿生的車間遠程虛擬監控系統：

S8、建立基于數字孿生預測性維護、故障分析系統。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生技術的FIMS系統架構設計方法，其特征是：步驟S2具體包括有：

S201、根據物理實體進行真實映射，在matlab軟件建立對應物理世界的相關數學孿生模型；

S202、利用Demo 3D建立物理實體的三維模型，將模型導入到Plant Simulation平臺，并選擇性地對模型進行輕量化處理，以減少運行時的顯示壓力；

S203、根據數學孿生模型獲取對應孿生力學模型，并以參數化的方式設置對象屬性參數和運行邏輯參數，進行優化參數調整，以使孿生力學模型生成數據與實測數據結果相匹配；

S204、對于三維模型中可運動的組成部件，設置其為可動畫對象，進而編輯可動畫組件的動作路徑，并關聯組件動畫形成一個完整的動作；

S205、將實際車間系統中的生產物流規則和策略轉化成仿真運行邏輯，在對象Method中編寫以驅動可移動實體在數字孿生車間內部的運轉，并實現相關規則策略的參數化設置。

3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生技術的FIMS系統架構設計方法，其特征是，預測模型的構建具體為：

定義預測模型：DT_OPER＝(OP_MODEL,OP_{INTERFACEAFCE},OP_SERVICE,)；

其中，OP_MODEL為人員三維模型，OP_{INTERFACEAFCE}為人員位置/動作數據接口，OP_SERVICE為生產監控服務；

模擬故障因素對待預測設備進行檢測，并輸出仿真結果；通過仿真結果提取訓練數據用于機器學習，部署算法，輸出結果。

4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生技術的FIMS系統架構設計方法，其特征是，步驟S3具體包括有：

S301、通過溫度、壓力、振動分布式傳感器獲取數學孿生模型所需參數數據，規劃車間的每一個車間要素，建立其虛擬數字化映射；

S302、數字空間通過內部UA客戶端與現場實時數據建立連接，根據獲取參數數據進行預處理，在驅動模型對物理實體的映射的同時對生產現場的反饋數據寫入反控；

S303、搭建快速可靠的信息傳輸網絡，信息的交互主要基于OPC協議的同步讀/寫、異步讀/寫以及訂閱方式實現，將系統狀態信息安全、實時地傳輸到上位機，實現OPC UA Server與OPC UA Client的數據傳輸；

S304、設計UA服務器應用架構，包括有工業機器人、PLC、傳感器、工控機、電纜線及網線設備組成的通信網絡構架物理層；通過以太網協議進行數據傳輸的數據鏈路層；使用TCP/IP協議的網絡層與傳輸層；使用OPC UA協議作為數據協議的應用層；

S305、通過以太網將服務器連接交換機進而連接至工控機，根據服務器IP地址將工控機的IP設置為與服務器同一網段；數字孿生系統的數據通信模塊通過獲取本機IP與服務器的URL進行連接。