[發明專利]復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真方法與系統

在審

• 申請號: 202211699630.3
• 申請日: 2022-12-28
• 公開（公告）號: CN115982996A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 丁國富;謝家翔;鄭慶;張海柱;付建林
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/10;G06Q10/0639;G05B19/418
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 溫可睿

1.一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，其特征在于包括：

車間資源建模模塊，用于對制造復雜裝備的物理車間內的生產設備進行建模生成生產設備模型；所述生產設備包括加工設備、物流設備、倉儲設備、輔助設備；

車間關系配置模塊，用于調用生產設備模型構建虛擬車間，并對虛擬車間內的生產設備模型進行關系配置；

數據接口適配與管理模塊，用于建立實際物理車間與虛擬車間之間的數據通道，實現數據交互；

生產計劃仿真與評價模塊，用于通過虛擬車間對生產計劃和過程進行預演，評價不同生產計劃下的生產系統性能；

生產過程監控與調節模塊，用于對仿真生產過程進行實時監控以及擾動檢測，并對檢測到的擾動進行假設分析和可能結果預測，基于分析結果對生產過程做出相應的調節。

2.根據權利要求1所述的一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，其特征在于所述車間資源建模模塊包括：

資源創建與屬性編輯模塊，用于創建車間內的生產設備的邏輯模型并賦予對應的屬性；

資源運動拓撲建模模塊，用于為生產設備創建運動拓模型，從而實現生產設備模型的運行；

外觀結構模型導入與運動調試模塊，用于為生產設備創建外觀結構模型，并將外觀結構模型與運動拓撲模型進行關聯；

模型集成與封裝模塊，用于將生產設備的具有屬性參數的邏輯模型、運動拓撲模型、外觀結構模型模型、運行邏輯、監控變量封裝成生產設備模型組件供調用。

3.根據權利要求1所述的一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，其特征在于所述車間關系配置模塊包括：

車間設備布局模塊，用于創建虛擬車間，在虛擬車間內布置生產設備模型組件、車間設施、標識，實現對物理車間的映射；

車間物流布局模塊，用于在虛擬車間內繪制物流路徑、關聯物流設備模型，實現對物理車間物流關系的映射；

服務單元配置模塊，用于在物流路徑上定義虛擬服務節點，并將其關聯至加工或倉儲設備；生成虛擬服務節點的運行邏輯；

車間實例庫管理模塊，用于將完成車間設備布局、物流布局、服務單元配置的虛擬車間及其屬性信息進行管理。

4.根據權利要求1所述的一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，其特征在于所述數據接口適配與管理模塊包括：

數據接口適配模塊，用于建立封裝了連接、斷開連接、讀取數據、通信日志功能的數據接口抽象類，并利用所述數據接口抽象類將數據轉換為統一的格式；

虛擬傳感器配置模塊，用于按照數據的類型配置相應的虛擬傳感器，并將虛擬傳感器按照物理車間層次布置到虛擬車間對應的層次中，實現物理車間和虛擬車間各層次對象的狀態、運行參數、位置同步；

虛擬傳感器管理模塊，用于對虛擬傳感器進行管理。

5.根據權利要求1所述的一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，其特征在于所述生產計劃仿真與評價模塊包括：

仿真輸入解析模塊，用于將物理車間的生產任務、工序信息、生產計劃轉換為流動實體集；

三維可視化仿真模塊，用于按照生產計劃，以三維可視化動畫的形式再現生產和物流過程，并獲取仿真信息；

仿真結果統計模塊，用于對仿真過程的生產活動的節點時間進行收集和統計，并計算出評價指標；

生產計劃評價模塊，用于對所獲取的評價指標進行處理，得到不同生產計劃下的生產系統性能綜合評分。

6.根據權利要求1所述的一種復雜裝備制造過程數字孿生建模與仿真系統，所述生產過程監控與調節模塊包括：

設備狀態監控模塊，用于通過虛擬車間的設備狀態監測物理車間設備狀態；

執行過程監控模塊，用于通過虛擬車間的生產和物流過程監測物理車間執行過程；

生產進度監控模塊，用于通過虛擬車間的工件情況監測物理車間生產進度；

生產過程調節模塊，用于基于設備狀態、執行過程、生產進度的檢測情況，檢測生產擾動并進行假設分析和動態調節。