[发明专利]一种生产线数字孪生系统

说明书

本发明公开了一种生产线数字孪生系统，该系统通过工业信息模型模块实例化创建数字孪生生产线，并基于Unity3D物理引擎编写通信、运动控制程序构建生产线孪生系统人机交互模块；数据采集模块实时采集、解析生产线实际状态数据，并基于MQTT协议编写通信程序实现孪生系统与物理生产线数据同步，同时对生产线的状态数据进行管理，并转发至生产线性能评估模块；生产线性能评估模块通过分析生产线运行数据，实时计算生产线的性能指标；生产线控制服务模块通过向系统中的设备下发数控指令来实现对车间生产线设备的控制。本发明简化了对生产线制造执行过程的仿真过程、提高了生产线仿真系统的设计效率、提高了车间生产一体化管理水平。

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，特别是涉及生产线的数字孪生系统。

背景技术

数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。对于制造领域来说，数字孪生也可以定义为“一个对人、产品、设备以及工艺过程等制造元素进行数字描述，并随着对象展现状态、工作条件、产品几何和资源状态改变而同步更新的动态模型”，这种数字描述提供了元素和物理世界“物”操作的动态特性，并且存在于对象的全生命周期中。

针对车间生产线制造执行过程的仿真是个复杂过程，目前可以通过一些三维仿真软件对生产线的布局、生产制造工艺路径、物流方案等过程进行虚拟仿真，但这种虚拟仿真依据的是设计过程中的理论数据，缺乏对实际数据的有效利用，所获得的仿真结果与实际也存在一定的偏差。针对生产线生产过程的监控方面，目前通过安装监控摄像头，对生产线生产画面进行视频录像和存储，可实现对生产线生产过程的实时监控，安装部署的技术难度较低，但所用成本较多，存储体量大，管理难度高，维护成本高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种生产线数字孪生系统，以生产线实际数据为依据，实现生产线实体与生产线孪生体的虚实交互功能，解决对生产线执行制造过程的实时动态仿真、虚拟监控、分析评估等问题，提高了车间生产线一体化、可视化管理水平。

本发明解决技术的方案是：一种生产线数字孪生系统，该系统包括：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；

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；

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。

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；