[发明专利]生产线基于数字孪生的物理仿真方法及其系统

说明书

生产线基于数字孪生的物理仿真方法及其系统，物理仿真方法包括：确定生产线的布局策略；基于预先构造的通用数字孪生模型，自定义生产设备的数字孪生模型；生产设备和虚拟模型的实时交互；同时对生产线的配置进行测试和联调；分析测试和联调结果，获取生产线的缺陷及仿真；并对虚拟动态模型进行修改；重复直至优化出最佳结果；其系统包括：分析模块、生产设备、规划模块、物理仿真模块、仿真归类模块、虚拟连接模块和模型修改模块。本发明在实现虚实联动的基础上，对生产线物理实体和虚拟模型进行联合调试，以便综合考虑设备不确定因素，从而让测试结果更好指导仿真模型的修改，减少模型的修改次数，在缩短设计周期的前提下得到更好的设计结果。

技术领域

本发明涉及生产线设计技术领域，尤其涉及生产线基于数字孪生的物理仿真方法及其系统。

背景技术

现有的仿真设计技术更多集中在对生产线设备物理模型的构建上，依赖于信息空间的数据进行数据处理、仿真分析及虚拟验证等，得到初步的设计方案后再经历一次次的设计迭代并对仿真模型进行修改，最终得到设计结果。这些技术最大的缺点和不足在于：(1)仿真设计主要集中在对生产设备几何和物理维度模型的构建上，这些模型不能同时反映生产设备几何外形、生产行为及生产过程中各种物理变化过程，因而基于这些模型的仿真无法真实地刻画生产流程，从而导致相关的仿真设计结果不够精准，需要进行繁复的测试修改才能将设计的产线投入使用。(2)现有的一些生产线设计和仿真方法会收集现场物流运行逻辑、生产时间等数据来指导仿真设计，并对结果进行验证，但是实际执行过程中信息数据和物理数据往往相互割离，这导致了无法充分利用信息数据来最大程度地保证仿真模型及设计结果真实性、准确性和可靠性。(3)信息和物理模型之间缺乏一致性和同时性，无法实现仿真模型和生产线物理实体的联合调试，这使得测试过程中难以结合实际生产工况数据对仿真模型和相应的设计参数进行合适、到位的修改，进一步的导致了“仿而不真”的情况，加剧了设计的反复。

发明内容

本发明的目的在于提出一种生产线基于数字孪生的物理仿真方法，其对生产设备和物料的受力参数进行配置，进行近物理仿真的模拟物理状态变化过程；对实际的仿真问题进行分类，生产设备和物料两者的物理属性进行提取归类，生成并储存一系列的默认配置。

本发明还提出生产线基于数字孪生的系统，其包括：分析模块、生产设备、规划模块、物理仿真模块、仿真归类模块、虚拟连接模块和模型修改模块。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

生产线基于数字孪生的物理仿真方法，包括以下步骤：

(1)对生产线进行系统分析，确定生产线的布局策略；

(2)基于预先构造的通用数字孪生模型，自定义生产线中生产设备的数字孪生模型，其包括以下步骤：

(s1)对生产设备从物理空间到虚拟空间的映射；

(s2)获取生产设备行为动作之间的共性和个性，修改数字孪生模型的控制脚本，规划生产设备的行为动作；

(s3)对生产设备和物料的受力参数进行配置，进行近物理仿真的模拟物理状态变化过程；对实际的仿真问题进行分类，生产设备和物料两者的物理属性进行提取归类，生成并储存一系列的默认配置；

(3)通过数字孪生技术，建立生产设备和其虚拟模型的通讯通道，使生产设备和对应的虚拟模型的实时交互；同时运行虚拟动态模型和生产线物理实体设备，对生产线的配置进行测试和联调；

(4)分析步骤(3)的测试和联调结果，获取生产线的缺陷及仿真；并对虚拟动态模型进行修改；重复步骤(3)，直至优化出最佳结果。

更进一步说明，所述步骤(s3)包括以下步骤：

a、分析物料和生产设备的受力；