[发明专利]一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统

权利要求书

1.一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，具体设计方法步骤如下：

步骤（1）、设计基于数字孪生的二级封装设计模块，具体实现：

（1.1）首先对卫星脉动式总装车间工艺进行分析解耦，确定各装配工位的具体工艺以及不同装配工位间的工艺关系，设计包含工位设备、布局、运作机制、行为规则的装配工位模型，各设备执行器、传感器、上位机间的通信接口，以及装配工位的机械运动及路径、机械自动控制机制、装配工艺签署推进机制的控制机制脚本；

（1.2）对设计的装配工位模型、通信接口、控制机制脚本进行集成，将其整体封装为装配工位数字孪生模型，该装配工位数字孪生模型能够进行位置调整、模型交互、接口调试、机械运动模拟；

（1.3）基于封装后的各装配工位数字孪生模型，实现以装配工位为单元的模块化设计，包括基于装配工位三维模型的总装车间布局设计与物流设计、基于装配工位通信接口的车间通信网络架构设计、基于控制机制脚本的车间工艺流程控制逻辑设计，得到设计的总装车间模型、通信网络、物流方案、控制逻辑；

（1.4）对设计开发的总装车间模型、通信网络、物流方案、控制逻辑进行集成，将其整体封装为总装车间数字孪生模型；

步骤（2）、设计数字孪生虚实交互调试模块，具体实现：

（2.1）将总装车间设计中所涉及的物理实体与数字孪生虚拟模型建立数据通讯，所述数字孪生虚拟模型包括装配工位数字孪生模型与总装车间数字孪生模型；

（2.2）在相同信号激励下，采集物理实体与数字孪生虚拟模型的反馈数据，并计算两者间的差值，判断差值是否在系统允许阈值内；

（2.3）如果不在允许阈值内，对数字孪生虚拟模型进行修正，并再次进行信号激励与差值判断；

（2.4）如果在允许阈值内，则将数字孪生虚拟模型输出；

步骤（3）、设计总装工作人员模型库，基于历史数据对工作人员的相关工艺操作进行建模，包括工艺平均完成时间预测模型P_a、基于个体熟练度的工艺完成时间预测模型P_p、基于个体操作能力的工人-工位匹配度模型P_m、基于个体体能的疲劳度预测模型P_f；

步骤（4）、设计工艺仿真分析模块，具体实现：

（4.1）以装配工单、设备实时或历史数据、人员实时或历史操作记录为仿真驱动脚本，导入总装车间数字孪生模型、总装工作人员模型库，对卫星脉动式总装过程进行仿真；

（4.2）借助仿真结果参数分析总装车间设计的功能、性能、可行性、可靠性，根据各项指标判断设计方案是否需要修正优化；

（4.3）如果需要优化，确定优化目标与指标，借助多目标优化算法对总装车间设计进行优化，形成对总装车间设计的修正策略，将策略返回步骤（1）中的基于数字孪生的二级封装设计模块进行再设计；

（4.4）如果不需要优化，则将总装车间设计模型输出；

步骤（5）、设计数字孪生系统实例化模块，将总装车间设计模型进行实例化，形成总装车间布局模型、网络架构与接口模型、物流方案与控制策略、车间控制脚本、工人工艺任务分配策略，用于指导装配线现场建设、安装、调试以及数字孪生车间系统构建。

2.根据权利要求1所述的一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，所述步骤（1）的装配工位数字孪生模型包括：模型覆盖装配工位的多种对象，多种对象包括场地、人员、物料、装备、工具；首先构建装配工位三维模型，其中装备、工具的三维模型是独立且可动的，并结合工位场景模型进行布局设计，构建为装配工位三维模型；其次，对各对象的数据模型进行构建，开发并关联相关数据接口，确保数据的采集、处理及存储；随后，对各对象的机械运动模型、物理属性模型、规则模型、控制机制脚本进行构建，其中要对人员操作与设备、产品的关联关系建立模型，以反映人员操作对装配过程的影响；通过以上模型实现对装配工位的数字化描述，最终对以上所有装配工位内的模型建立关联关系和交互关系。