[發(fā)明專利]面向離散車間生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生系統(tǒng)及其構(gòu)建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110467809.5
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN114035515A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶慶瑋;朱海華;唐敦兵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發(fā)明的目的是提供面向離散車間生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，所述數(shù)字孿生系統(tǒng)包括物理車間層、孿生虛擬層、應(yīng)用服務(wù)層和跨域功能層；其中，物理車間層包括離散車間內(nèi)的生產(chǎn)資源和感知控制實體；孿生虛擬層為離散車間內(nèi)的生產(chǎn)資源和感知控制實體提供數(shù)字模型，并對其進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集；跨域功能層集成了物理車間層和孿生虛擬層的各類信息數(shù)據(jù)結(jié)果，針對實際生產(chǎn)過程需求提供相應(yīng)的功能服務(wù)。本發(fā)明方法針對離散車間生產(chǎn)特征，面向其生產(chǎn)加工過程，構(gòu)建孿生虛擬車間模型，從而實現(xiàn)車間生產(chǎn)的實時映射與遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過對車間生產(chǎn)信息進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、生產(chǎn)信息的可視化顯示和對車間設(shè)備狀態(tài)的管理與實時反饋。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生產(chǎn)制造過程數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種面向離散車間生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

在新一輪科技產(chǎn)業(yè)變革與技術(shù)發(fā)展中，傳統(tǒng)制造業(yè)加工模式與生產(chǎn)系統(tǒng)向著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。在這樣的環(huán)境下，數(shù)字孿生的概念及其相應(yīng)的理論飛速發(fā)展，在工業(yè)、產(chǎn)業(yè)、軍事、民生等各個領(lǐng)域得到了高度了重視與廣泛的應(yīng)用。在制造業(yè)中，車間是智能制造系統(tǒng)中的核心部分，也是執(zhí)行生產(chǎn)制造任務(wù)的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生概念的應(yīng)用，為車間生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化發(fā)展帶來了全新的信息物理融合理念。孿生體在實時接收物理車間的各類信息的同時，能偶對物理車間中生產(chǎn)活動進(jìn)行實時的指導(dǎo)反饋，形成物理車間與數(shù)字化虛擬空間的雙向閉環(huán)映射。

現(xiàn)如今，制造企業(yè)逐步從傳統(tǒng)的大批量、流水線式的生產(chǎn)模式，開始向著多品種小批量、個性化的趨勢發(fā)展。在這樣的情況下，離散制造車間在生產(chǎn)過程中面臨的信息數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、“黑箱”生產(chǎn)、車間設(shè)備健康管理及故障預(yù)警等問題變得更加嚴(yán)峻。而傳統(tǒng)的離散制造車間中存在著設(shè)備互通性差、車間生產(chǎn)信息管理缺乏、數(shù)據(jù)實時動態(tài)可視化程度低、信息物理融合不足、設(shè)備狀態(tài)管理和故障處理滯后等問題，嚴(yán)重制約了離散車間的智能化發(fā)展進(jìn)程。因此迫切需要一套面向離散車間生產(chǎn)過的數(shù)字孿生系統(tǒng)，來促進(jìn)離散車間與信息空間的交互融合，有效解決離散車間發(fā)展過程中的諸多問題，提高其智能化水平。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述本領(lǐng)域中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種面向離散車間生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建方法，該方法針對離散車間生產(chǎn)特征，面向其生產(chǎn)加工過程，構(gòu)建孿生虛擬車間模型，從而實現(xiàn)車間生產(chǎn)的實時映射與遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過對車間生產(chǎn)信息進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、生產(chǎn)信息的可視化顯示和對車間設(shè)備狀態(tài)的管理與實時反饋。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

面向離散車間生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生系統(tǒng)，所述數(shù)字孿生系統(tǒng)包括物理車間層、孿生虛擬層、應(yīng)用服務(wù)層和跨域功能層；其中，所述物理車間層包括離散車間內(nèi)的生產(chǎn)資源和感知控制實體；

所述孿生虛擬層為離散車間內(nèi)的生產(chǎn)資源和感知控制實體提供數(shù)字模型，并對其進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集；

所述跨域功能層集成了物理車間層和孿生虛擬層的各類信息數(shù)據(jù)結(jié)果，針對實際生產(chǎn)過程需求提供相應(yīng)的功能服務(wù)。

進(jìn)一步的，所述物理車間層為離散加工車間實體，所述離散車間生產(chǎn)資源，指離散車間生產(chǎn)過程的人員、設(shè)備、物料、環(huán)境及其產(chǎn)生的底層實時數(shù)據(jù)；

所述感知控制實體，分為車間數(shù)據(jù)采集感知部分和車間設(shè)備控制部分，所述車間數(shù)據(jù)采集感知部分包含各類傳感器設(shè)備、RFID射頻識別系統(tǒng)、UWB定位器、工業(yè)攝像機(jī)，用于實時獲取離散車間生產(chǎn)過程中的各類底層信息數(shù)據(jù)；所述設(shè)備控制部分包含控制設(shè)備，其將系統(tǒng)對離散車間的優(yōu)化控制指令和預(yù)測警報信息傳遞給對應(yīng)的設(shè)備，并控制相應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行優(yōu)化命令。

進(jìn)一步的，所述孿生虛擬層為離散車間在虛擬空間的數(shù)字模型集合，是與離散加工車間實體向?qū)?yīng)的虛擬車間，所述孿生虛擬層實時映射離散車間實體的生產(chǎn)過程和信息數(shù)據(jù)，并對車間設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)管理與反饋。

作為本申請的一種優(yōu)選實施方案，所述孿生虛擬平臺為Unity 3D虛擬平臺，所述平臺為孿生虛擬車間提供構(gòu)建工具和運(yùn)行支撐環(huán)境。