[發明專利]一種基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法與系統

在審

• 申請號: 202111043226.6
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113887016A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 孔維暢;劉水;徐鵬
• 申請（專利權）人: 中船智能科技（上海）有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法與系統，包括數字孿生車間信息建模技術、車間信息系統集成技術、制造過程仿真優化方法、離線虛擬組合設計仿真技術以及數字孿生新型運行流程與架構。本發明提供基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法，按照數字孿生新型運行流程與架構進行搭建，通過數字化車間仿真方法對船舶制造車間進行數據采集與建模，搭建船舶制造車間的數字孿生模擬仿真系統，通過車間信息集成系統作為指令運行中介，向仿真系統發送產線數據，同時調度真實廠房的生產計劃并對真實生產進行實時控制，對整條產線配置以及運行過程進行優化，并可根據仿真結果對產線進行持續優化。

技術領域

本發明屬于工業數字化和計算機科學技術領域，具體涉及一種基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法與系統。

背景技術

數字孿生技術的核心在于通過數學建模對船舶制造車間進行的高精度虛擬化，包括生產系統和生產輔助系統的設備、儀表、配電箱、信息點等。數字孿生仿真通過網絡直接高速地采集船舶制造車間的現場運行數據，并將數據發送給應用軟件，實現軟件系統對船舶制造車間的實時數據監控，并根據實時數據協調優化生產流程，保證生產線有柔性，客戶可以定制化體驗。

當下的數字孿生技術面臨著一下數點問題亟需解決：1、如何實現高仿真度、高精度多物理場實時仿真建模；2、如何針對船舶建造過程，應用先進傳感器、自適應感知等先進技術進行全要素、全生命周期的海量數據收集，同時保證實時性；3、如何對涉及檢驗方法進行調優，使數字孿生的結果更接近于實際工況。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法與系統，具備為船舶生產車間建立全要素全產業鏈連接，對各類船舶建造數據進行采集、傳輸、分析并形成智能反饋，提高企業生產效率，創造可定制化的產品，建設高柔性船舶生產線的優點。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于數字孿生的船舶數字化車間仿真方法與系統，包括數字孿生車間信息建模技術、車間信息系統集成技術、制造過程仿真優化方法、離線虛擬組合設計仿真技術以及數字孿生新型運行流程與架構。

進一步的，所述數字孿生車間信息建模技術其建模的范圍包括生產線信息建模、產品信息建模、過程信息建模和仿真信息建模。

進一步的，所述生產線信息建模的對象包括生產系統和生產輔助系統的設備、儀表、配電箱和信息，且建模對象的幾何模型的外觀、大小和位置應該和物理生產線完全保持一致，建模對象都需賦予唯一的編碼，建模對象都需定義它的物流輸入輸出的設備、信息流輸入輸出的信息點和供電設備，并通過設備的唯一編碼將彼此關聯起來，建模對象都需要定義分類、名稱、規格、型號、關鍵技術參數等屬性對于核心生產設備，需要定義它的行為，并對設備行為進行編碼。

進一步的，所述產品信息建模在對產品信息建模時，需對產品的構成、零部件組成、加工工藝數據、加工工藝裝備、材料清單和工時定額信息進行數學建模，所述過程信息建模對過程信息建模時，需對生產線的工藝流程、物流路徑、資源的輸入輸出、信息的輸入輸出、運行原理等進行數據建模，所述仿真信息建模對仿真信息建模時，應在擁有足夠穩定性與完備性的基礎之上，對真實生產系統的幾何信息、功能特點和產能信息，建立真實生產系統的數字化映射。

進一步的，所述車間信息系統集成技術通過企業信息服務總線對業務數據、模型屬性數據、模型幾何數據和產線實時數據等不同數據格式的數據進行系統集成，通過WebService和企業信息服務總線分別對云端仿真分析系統和物理車間進行數據集成。

進一步的，所述制造過程仿真優化方法通過整合虛擬或者物理系統的高維數據，得到一個提供數據導向的決策方案，將數字孿生虛擬環境中訓練好的人工智能算法模型應用于實際物理車間，指導物理車間和設備的生產優化，并借助深度神經網絡迭代更新數字孿生模型，從而使車間數字孿生模型越來越準確地反映真實物理車間。