[發(fā)明專利]復(fù)雜裝備制造過程數(shù)字孿生建模與仿真方法與系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-12-28
• 公開（公告）號: CN115982996A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁國富;謝家翔;鄭慶;張海柱;付建林
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 溫可睿

本發(fā)明公開了一種復(fù)雜裝備制造過程數(shù)字孿生建模與仿真方法與系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：車間資源建模模塊；車間關(guān)系配置模塊；數(shù)據(jù)接口適配與管理模塊；生產(chǎn)計劃仿真與評價模塊；生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)節(jié)模塊。本發(fā)明設(shè)計與實現(xiàn)了車間資源多維建模、車間關(guān)系配置建模、數(shù)據(jù)適配與管理、生產(chǎn)計劃仿真與評價、生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)節(jié)等5個主要功能模塊。本研究所研制的系統(tǒng)原型，支持數(shù)字孿生車間建模、仿真與智能制造執(zhí)行應(yīng)用，對復(fù)雜裝備制造階段孿生建模和數(shù)據(jù)交互與融合的深入研究和推廣應(yīng)用具有重要參考價值和借鑒意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于對復(fù)雜裝備制造過程進行數(shù)字孿生的建模和仿真的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

而復(fù)雜裝備是指結(jié)構(gòu)復(fù)雜零部件眾多機械設(shè)備如高鐵、盾構(gòu)機等。

數(shù)字孿生是未來十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢之一，為當(dāng)前制造業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的理念和工具，為復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的信息物理融合提供了實施途徑，將復(fù)雜裝備創(chuàng)新、制造效率和運維水平提升至一個新的高度。其中制造過程是復(fù)雜裝備形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制造過程的質(zhì)量一方面反映了產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)劣，另一方面也為產(chǎn)品的運維產(chǎn)生重要影響。為此，需要在制造階段研究如何基于數(shù)字孿生實現(xiàn)產(chǎn)品制造的高質(zhì)量、高效率進行。而復(fù)雜裝備制造過程和環(huán)境十分復(fù)雜，涉及人、機、料、法、環(huán)等多因素，以及設(shè)備運行參數(shù)、工藝信息、測試信息、仿真數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù)，為制造階段的產(chǎn)品以及制造過程數(shù)字孿生模型的構(gòu)建帶來了巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種復(fù)雜裝備制造過程數(shù)字孿生建模與仿真方法與系統(tǒng)，用于快速高效的搭建復(fù)雜裝備制造過程的數(shù)字孿生模型。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為采用一種復(fù)雜裝備制造過程數(shù)字孿生建模與仿真系統(tǒng)，包括：

車間資源建模模塊，用于對制造復(fù)雜裝備的物理車間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備進行建模生成生產(chǎn)設(shè)備模型；

車間關(guān)系配置模塊，用于調(diào)用生產(chǎn)設(shè)備模型構(gòu)建虛擬車間，并對虛擬車間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備模型進行關(guān)系配置；

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；

生產(chǎn)計劃仿真與評價模塊，用于通過虛擬車間對生產(chǎn)計劃和過程進行預(yù)演，評價不同生產(chǎn)計劃下的生產(chǎn)系統(tǒng)性能；

生產(chǎn)過程監(jiān)控與調(diào)節(jié)模塊，用于對仿真生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控以及擾動檢測，并對檢測到的擾動進行假設(shè)分析和可能結(jié)果預(yù)測，基于分析結(jié)果對生產(chǎn)過程做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

作為一種改進，所述車間資源建模模塊包括：

資源創(chuàng)建與屬性編輯模塊，用于創(chuàng)建車間內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的邏輯模型并賦予對應(yīng)的屬性；所述生產(chǎn)設(shè)備包括加工設(shè)備、物流設(shè)備、倉儲設(shè)備、輔助設(shè)備；

資源運動拓撲建模模塊，用于為生產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)建運動拓模型，從而實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備模型的運行；

外觀結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入與運動調(diào)試模塊，用于為生產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)建外觀結(jié)構(gòu)模型，并將外觀結(jié)構(gòu)模型與運動拓撲模型進行關(guān)聯(lián)；

模型集成與封裝模塊，用于將生產(chǎn)設(shè)備的具有屬性參數(shù)的邏輯模型、運動拓撲模型、外觀結(jié)構(gòu)模型模型、運行邏輯、監(jiān)控變量封裝成生產(chǎn)設(shè)備模型組件供調(diào)用。

作為一種進一步的改進，所述車間關(guān)系配置模塊包括：

車間設(shè)備布局模塊，用于創(chuàng)建虛擬車間，在虛擬車間內(nèi)布置生產(chǎn)設(shè)備組件、車間設(shè)施、標(biāo)識，實現(xiàn)對物理車間的映射；