[发明专利]一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统及其设计方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，其特征在于：包括依次连接并进行数据通信的实体层、通信层、信息层和服务层；所述实体层获取现场实时数据并通过通信层依次将现场实时数据传输信息层和服务层；所述服务层根据人工输入的参数产生焊接工艺数据并根据获取的现场实时数据产生控制决策数据，服务层将产生的焊接工艺数据和控制决策数据依次通过信息层、通信层发送给实体层；所述信息层存储并提供用于仿真建模的模型和数据。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，其特征在于：所述实体层包括焊接数据采集设备、焊接设备、焊件和加工人员；所述焊接数据采集设备与通信层连接将采集数据上传到通信层；所述焊接数据采集设备包括RFID设备、电流传感器、速度传感器和温度传感器；所述焊接数据采集设备采集的数据包括焊接电压、焊接电流、焊接速度和焊接温度；所述焊接设备、焊件具有唯一的二维码标签，焊接设备的二维码标签包含设备加工参数，焊件的二维码标签包含几何和工艺参数信息。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，其特征在于：通信层包括通信设备，所述通信设备分别通过CAN总线、OPC总线及Modbus总线与通信层的数据采集设备连接；通信设备同时通过网络与信息层连接，将采集设备采集的数据传输给信息层。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，其特征在于：所述信息层包括用于处理焊接工艺数据的数据处理平台和用于存储焊接数据的数据库；数据处理平台与通信层连接，将通信层上传的采集数据进行存储；数据处理平台对焊接实时数据、仿真数据、工艺参数、孪生模型数据、历史数据和仿真模型数据进行数据分析、数据排序、数据转换、数据检索、数据分组和数据挖掘；所述数据库存储的数据包括工艺模型数据、工艺仿真数据、工艺数据、工艺知识库数据、实体空间的检测数据、焊接设备数据、物料数据、焊接对象数据。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，其特征在于：所述服务层包括焊接工艺设计模块、焊接工艺仿真模块、焊接工艺优化模块、焊接工艺过程监控模块和焊接工艺在线决策模块。

6.权利要求1所述的基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，设计人员通过服务层建立焊件、环境、操作人员和加工设备的物理实体的三维工艺仿真模型，该仿真模型与焊接现场一一对应，所述模型包括焊接仿真的工艺参数信息，在工作状态下模拟实体设备在实体环境中的焊接工艺过程；

步骤2，设计人员根据焊接设计要求，在服务层中调用信息层中的焊接工艺知识库并运用服务层中的知识匹配、知识推理及人工交互定制的方式，进行初步焊接工艺的设计；

步骤3，将步骤2中生成的初步焊接工艺在服务层中进行焊接工艺仿真，基于步骤1中创建的孪生模型对初步焊接工艺进行仿真评测，若仿真的结果与初步工艺要求一致，则生成现场焊接工艺，焊接工艺的内容包括焊接方法、焊接设备、焊接参数、焊接顺序和焊接材料等；若仿真的结果与初步工艺要求不一致，则转到步骤2进行人工交互制定，设计人员对焊接工艺进行重新设计；

步骤4，服务层将步3中生成的现场焊接工艺以WPS文件格式通过通信层下发至实体层的焊接设备，操作人员按照调整后的焊接工艺进行焊接加工；

步骤5，在现场焊接过程中，实体层的传感设备对焊接过程的数据进行实时检测，并将采集的数据进行数据分析、数据排序、数据转换、数据检索、数据分组和数据挖掘等数据处理，然后将处理后的数据通过通信层实时上传到服务层；

步骤6，服务层基于仿真数据和感知数据进行实时对比分析，若对比出现不一致，则服务层通过焊接工艺在线决策功能，调用焊接工艺知识库对现场焊接工艺进行实时调整，并将调整后的工艺从新下发到实体层；若无异常，则按照焊接工艺执行。