[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

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，该系统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。本发明还公开了上述基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统的设计方法。

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺辅助设计系统，具体涉及一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，还涉及基于上述辅助设计系统的设计方法，属于焊接工艺设计技术领域。

背景技术

船体焊接是船舶建造过程中必不可少的工序，对提高船舶建造效率和质量起到十分重要的作用，焊接质量的好坏是保证船舶的强度和寿命的关键所在。但是从实际操作情况来看，船体结构在焊接的过程中不可避免的会出现一些焊接缺陷，严重影响了船舶建造的质量。目前的焊接工艺，往往是从工艺设计到加工现场执行的单向信息传递，当焊接过程中出现异常时，不能对焊接工艺进行实时调整，很容易产生焊接缺陷。因此，实现焊接现场工艺执行与焊接工艺制定的实时信息交互，对提高焊接质量具有重大意义。

数字孪生的概念由美国Michael Grieves教授于2003年提出，当前的研究和应用主要集中于航空航天和汽车制造等领域的产品设计、制造车间建模、产品装配、产品质量分析和寿命预测等，并作为面向智能制造的新兴技术引起了广泛重视。数字孪生技术是以数字化的方式建立物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在实体环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，实现物理世界和信息世界的融合。运用数字孪生技术，可以集成复杂的制造工艺，实现“产品设计-产品制造-产品维护”的全生命周期的优化。未来，数字孪生将成为数字化制造的关键技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，该系统将数字孪生技术运用到焊接工艺中，能够实现焊接工艺设计与焊接生产现场执行的无缝衔接。

本发明还要解决的技术问题是提供上述基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统的设计方法，该方法通过数字孪生技术进行辅助焊接，能够解决船舶分段焊接过程中存在的工艺设计效率低、实时性差、信息难以共享、资源利用率低等问题，通过对实体焊接现场和虚拟仿真空间的实时信息交互，提高焊接的效率和质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于数字孪生的焊接工艺辅助设计系统，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。

其中，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。

其中，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总线与所述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。