[发明专利]一种生产线数字孪生系统

权利要求书

1.一种生产线数字孪生系统，其特征在于包括：实时数据采集模块、工业信息模型模块、人机交互模块、生产线性能评估模块、生产线控制服务模块；其中：

实时数据采集模块，接收实际生产线实时采集得到的生产状态数据，并将生产状态数据转发至人机交互模块和生产线性能评估模块；

所述生产状态数据包括设备状态、人员状态、产品状态、物流状态、能源状态数据；

所述设备状态数据包括：设备运行时间、单道工序加工时间、设备开关机状态；

所述人员状态包括：人员实时位置、人员工作时间、人员的数量、人员工号；

所述的产品状态包括：在制品数量、在制品种类、在制品工序数、在制品编号、各类产品日产量；

所述的物流状态包括：在制品实时位置、物流设备实时位置、物流设备工作时长、物流设备待机时长、每批次产品入库时间、每批次入库产品数量、每批次产品出库时间、每批次出库产品数量、实时库位数量；

所述的能源状态信息包括：车间电表数据、冷却液用量、润滑液用量；

工业信息模型模块，用于构建、存储、管理实际生产线中所涉及部件的信息模型，所述信息模型包括几何模型、物理信息模型、功能信息模型、性能信息模型和规则信息模型，所述规则信息模型包括生产线平衡性原则和替代性原则，用于规范生产线的调整流程，保证生产线在调整过程中的合理性；

人机交互模块，接收实时数据采集模块发送的生产线状态数据，并对实际生产线的生产状态数据进行分解，得到实际生产线中涉及的每个部件的实际生产状态数据；建立一条与实际生产线相对应的虚拟生产线，即：数字孪生生产线，所述数字孪生生产线通过实例化工业信息模型模块中实际生产线中涉及部件所对应的几何模型实现，所述几何模型以属性的形式绑定了部件的物理信息模型、功能信息模型、性能信息模型和运动控制显示程序，每个部件的运动控制显示程序提取该部件对应的实际生产状态数据后，对该部件对应的实际生产状态数据进行插值处理，得到虚拟生产状态数据，根据虚拟生产状态数据，控制几何模型移动、旋转、变化完成仿真动作，实现对生产线生产过程的动态仿真，同时，将该部件对应的生产状态数据以图表形式可视化表达在界面上；

生产线性能评估模块，接收实时数据采集模块发送来的生产状态数据，并将这些数据作为输入数据，利用实际生产线各个单项性能指标计算方法，自动计算并显示各个单项指标数值，并根据这些各个单项指标数值，对实际生产线的综合性能进行整体性评估；

生产线控制服务模块，接收外部输入的设备控制指令，并将设备控制指令下发至实际生产线中相应的设备，控制设备工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种生产线数字孪生系统，其特征在于：所述实时数据采集模块包括数据采集、数据管理、数据通信三部分，数据采集部分采集车间生产线中的生产状态数据，并发送至数据管理部分；数据管理部分将采集的状态数据进行备份、封装和存储；数据通信部分作为数据服务器，并根据消息队列遥测传输协议为作为数据订阅客户端的人机交互模块提供消息发布服务，将数据管理部分中封装之后的数据发送给人机交互模块，实现生产线现场与数字孪生系统间的数字通信。

3.根据权利要求1所述的一种生产线数字孪生系统，其特征在于：

对于设备而言，物理信息模型包括物理材质、体积、重量、运动机构的联动关系信息；功能信息模型包括设备的功能、用途、品牌、在役时间信息；性能信息模型包括设备的产能、最大负载、转速、精度、冷却时间、校准时间、维护保养周期、设备故障率信息；

对于人员而言，物理信息模型包括人的骨骼模型、关节动作状态；功能信息模型包括人员职能、操作技能、管理权限信息；性能信息模型包括年龄、工龄、熟练度、工作效率、工作周期信息；

对于物料而言，所述物理信息模型包括物料的材料属性、外形颜色、体积、重量信息；功能信息模型包括出物料编号、物料用途、加工要求信息；性能信息模型包括加工工序、出入库检验要求信息；

对于产品而言，所述物理信息模型包括材料属性、外形颜色、体积、重量信息；功能信息模型包括产品用途、型号、编号信息；性能信息模型包括装配精度、性能参数信息。