[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的MPS系統(tǒng)智能控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110476887.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113110283A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張弛;陳思遠(yuǎn);宛張靈;吳曉光;李紅軍;陳浩棟;宋麒;孫偉波
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;G06T17/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 藍(lán)曉玉

本發(fā)明屬于機(jī)械工程及自動化技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于數(shù)字孿生的MPS系統(tǒng)智能控制方法及系統(tǒng)，通過建立MPS系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，根據(jù)控制方案對模型路徑規(guī)劃與運(yùn)動設(shè)計(jì)，建立模型驅(qū)動模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，創(chuàng)建可視化界面，將MPS系統(tǒng)數(shù)字孿生模型與數(shù)控系統(tǒng)成功連接得到基于數(shù)字孿生的MPS系統(tǒng)，利用基于數(shù)字孿生的MPS系統(tǒng)對MPS系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。本發(fā)明能夠模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測和控制模塊化自動生產(chǎn)線在現(xiàn)實(shí)過程中的形成過程和行為，實(shí)現(xiàn)對MPS系統(tǒng)設(shè)備可用性的準(zhǔn)確預(yù)測與調(diào)度方法的多維度評估，從而使生成的生產(chǎn)方案與實(shí)際狀態(tài)相匹配，最終能夠提升生產(chǎn)方案的性能指標(biāo)，反映了MPS系統(tǒng)的全生命周期過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字孿生的MPS系統(tǒng)智能控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，隨著中國制造業(yè)向智能制造方向轉(zhuǎn)型，以氣動技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器、PLC等多學(xué)科技術(shù)相互滲透形成的MPS(Modular Production Training System)系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于機(jī)械工程和自動化等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)和模塊化教學(xué)培訓(xùn)中。MPS系統(tǒng)的智能化已經(jīng)成為智能制造、機(jī)械工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。

智能制造已經(jīng)成為中國工業(yè)發(fā)展的主攻方向。數(shù)字孿生技術(shù)作為智能制造的關(guān)鍵使能技術(shù)，受到了國內(nèi)外的高度關(guān)注。數(shù)字孿生是指在賽博空間(Cyberspace) 內(nèi)對物理實(shí)體在幾何層面和物理層面進(jìn)行多維度映射形成數(shù)字孿生體，并借助于信息化平臺通過對數(shù)字孿生體進(jìn)行規(guī)劃、分析和預(yù)測，從而反映出相對的物理實(shí)體的全生命周期過程。

目前MPS系統(tǒng)主要基于PLC對MPS系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，但由于PLC控制系統(tǒng)主要是依托傳感器采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對MPS系統(tǒng)的分析或虛擬仿真，不能夠直觀且準(zhǔn)確反映MPS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，無法滿足如今的智能制造發(fā)展需求。并且現(xiàn)有的MPS系統(tǒng)控制系統(tǒng)普遍存在實(shí)時(shí)性低、可視化效果差、對MPS系統(tǒng)多方位預(yù)測、仿真、全面評估和優(yōu)化效果差、無法反映MPS系統(tǒng)的全生命周期過程等問題，打不到預(yù)期目標(biāo)。

經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，在專利“一種直線型多單元MPS自動化物流系統(tǒng)”，申請?zhí)枺?01310156145.6中提供了一種在每個(gè)子工作站上設(shè)置控制系統(tǒng)且與系統(tǒng)總集成總控工作臺通訊，并通過PLC觸摸屏對MPS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的一種直線型多單元MPS自動物流系統(tǒng)。在專利“一種基于數(shù)字孿生的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸熱誤差監(jiān)測方法”，申請?zhí)枺?01911308984.9中基于MATLAB編程和Simulink軟件，將數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸熱誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床軸熱誤差監(jiān)測。而在MPS系統(tǒng)領(lǐng)域目前尚沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用研究。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有技術(shù)無法對MPS系統(tǒng)的全生命周期進(jìn)行映射，不能夠直觀且準(zhǔn)確反映MPS系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，現(xiàn)有的 MPS系統(tǒng)可視化效果差，對MPS系統(tǒng)多方位預(yù)測、仿真、全面評估和優(yōu)化效果差，實(shí)時(shí)性較低，無法滿足如今的智能制造發(fā)展需求；同時(shí)現(xiàn)有MPS系統(tǒng)領(lǐng)域目前尚沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用研究。

解決以上問題及缺陷的難度為：

解決上述問題及缺陷是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，目前數(shù)字孿生技術(shù)還處于發(fā)展階段，在教學(xué)設(shè)備領(lǐng)域數(shù)字孿生的研究還處于較低水平。

對MPS系統(tǒng)進(jìn)行基于數(shù)字孿生的改造需要搭建適用于工業(yè)4.0的通訊協(xié)議；該協(xié)議如何進(jìn)行編程和實(shí)現(xiàn)，成為了很大問題。

基于數(shù)字孿生技術(shù)對MPS系統(tǒng)進(jìn)行改造不僅利用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動化技術(shù)等多種復(fù)雜先進(jìn)技術(shù)，并且還涉及到機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、電氣自動化等多學(xué)科專業(yè)知識。改造起來非常復(fù)雜。

解決以上問題及缺陷的意義為：

基于數(shù)字孿生技術(shù)的MPS系統(tǒng)可以對現(xiàn)實(shí)空間中的MPS系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期的映射。實(shí)現(xiàn)了對MPS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障診斷、安全管理和服務(wù)決策等多個(gè)功能。為高校提供了一套符合實(shí)際生產(chǎn)的模擬教學(xué)環(huán)境。