[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

说明书

本发明公开了一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统，方法包括：设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块完成对总装工位与总装车间的设计与封装；设计数字孪生虚实交互调试模块，该模块通过与物理实体建立实时数据连接，实现对模型、接口、系统的调试；设计总装工作人员模型库，实现对总装工作人员工艺完成时间、工艺匹配度、个体疲劳度的分析与预测；设计工艺仿真分析模块，该模块对设计方案进行仿真验证，并对缺陷方案进行优化修正；设计数字孪生系统实例化模块，该模块将上述设计实例化，输出为模块化组件指导车间建设与系统开发。本方法针对卫星脉动式总装车间特点，能一定程度上提升卫星脉动式总装车间的设计效率和有效性。

技术领域

本发明属于工业数字化和计算机科学领域，具体涉及一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统。

背景技术

卫星总装是卫星研制过程中至关重要的一环，影响着卫星的最终质量。如今，随着卫星行业商业转型的迅猛发展，传统卫星固定式站位的装配模式已难以应对低成本、短周期、大批量、高度定制化的研制需求与挑战。而脉动式总装模式是介于连续移动装配和固定式装配的一种节拍间歇移动的装配方式，通过对传统工艺进行解构并重新设计，形成了特定工位完成特定工艺，卫星产品在不同工位间移动以完成装配任务的总装模式。脉动式总装模式大幅提升了装配效率，更有利于总装过程的精益管理，同时便于提升整体系统的数字化、自动化、智能化水平，是应对卫星总装未来发展需求与挑战的有效模式。

如今在车间设计方面，通常借助设备或单元的数字化模型，进行设计与优化，借助离线仿真或半实时仿真对方案进行验证分析，最终形成设计方案。这些技术在针对卫星脉动式总装生产设计上存在以下问题：①现有设计方法主要针对流水生产线，针对卫星等复杂产品的脉动式总装车间设计的方法有限，缺少对离散装配中人员操作时间、熟练度、疲劳度等因素的考虑；②现有设计方法的数字化模型通常与实际场景和设备存在不一致、不准确等问题，降低了设计结果的可信性；③现有设计方法的离线仿真和半实时仿真通常与实际装配生产中的工单工艺脱节；④现有设计方法在通信网络设计和控制机制设计上存在缺乏；⑤现有设计方法的设计方案成果在实际总装车间建设时转化率不高，无法将设计时生成的模型、接口、控制机制等直接或间接转化总装车间管控系统的一部分。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：①现有设计方法主要针对流水生产线，针对卫星等复杂产品的脉动式总装车间设计的方法有限，缺少对离散装配中人员操作时间、熟练度、疲劳度等因素的考虑；②现有设计方法的数字化模型通常与实际场景和设备存在不一致、不准确等问题，降低了设计结果的可信性；③现有设计方法的离线仿真和半实时仿真通常与实际装配生产中的工单工艺脱节；④现有设计方法在通信网络设计和控制机制设计上存在缺乏；⑤现有设计方法的设计方案成果在实际总装车间建设时转化率不高，无法将设计时生成的模型、接口、控制机制等直接或间接转化总装车间管控系统的一部分。因此，本发明针对上述问题，借助数字孪生技术对传统的设计方法进行改进，在一定程度上提升设计的效率、准确性、可信性、覆盖度、指导性。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，包括：

步骤(1)、设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块具体实现：

(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；