[发明专利]一种基于数字孪生技术的生产过程全周期智慧车间系统及解决方法

说明书

一种基于数字孪生技术的生产过程全周期智慧车间系统及解决方法，包括设计规划模块与虚实同步模块。所述设计规划模块，在虚拟组件设计模块中搭建自动化车间数字孪生体所需的虚拟组件，根据实际生产需求进行工艺设计，布置自动化产线，并对产线规划效果和控制程序进行验证。所述虚实同步模块，验证后搭建真实产线，采集其运行数据传输给数据管理与存储模块，完成真实产线数据与数字孪生体数据间的同步，并展示虚实同步的情况和运行数据，最后利用数字孪生体的数据处理结果对实际生产进行指导本发明贯穿生产线的全生命周期，能够避免由于设计缺陷造成生产事故及经济损失；提高仿真的可信度；对真实产线进行反馈控制，能够有效避免重大的安全事故及财产损失。

技术领域

本发明属于智能制造领域，尤其涉及一种基于数字孪生的产线规划及虚实同步方法，具体是一种面向工业生产的基于数字孪生技术的生产过程全周期智慧车间解决方案。

背景技术

产线规划设计是产品制造过程中最重要的环节之一，产线规划的合理与否直接决定了投产后的生产效率。而产线规划过程中设计到众多的生产设备，操作人员及产品，在物理产线搭建前将所涉及到的众多因素考虑到产线规划过程中，就需要虚拟产线规划及优化技术。

数字孪生技术是以数字化的方式构建与实际生产现场相一致的数字孪生体，借助实际生产数据模拟物理实体在真实环境中的行为。数字孪生技术作为物理世界与数字世界之间的桥梁，为解决物理世界与数字世界间的数据交互提供了途径，结合历史数据和人工智能算法对物理实体的各种状态进行高可信度的预测，最终通过反馈控制作用于物理实体，对物理实体的行为进行纠正或优化。

传统的生产线设计首先利用数字化技术建立生产现场模型，然后进行离线仿真与分析，实现对产线的优化，是一种静态设计的方法。传统方法缺乏实时生产数据的驱动，无法对生产线进行全面的考虑，不能充分反映实际问题。

传统的数字孪生技术是指在物理产线已经存在的前提下，搭建与物理产线尽可能相同的虚拟产线，两条产线并行运行，利用虚拟产线的运行状态和数据分析物理产线的状态，但是缺乏物理产线与虚拟产线间的数据交互，使得通过虚拟产线分析出的数据难以对物理产线起到指导作用，同时，根据虚拟产线做出的故障预测可信度也较低。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，提供一种基于数字孪生的，面向数字化、智能化工业现场的全周期智慧车间解决方案，实现生产线的设计规划(全生命周期前期)、虚实同步(全生命周期中期)和反馈控制(全生命周期后期)，从而提高生产线的运行效率，减少因设备故障造成的安全事故及经济损失。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于数字孪生技术的生产过程全周期智慧车间系统，主要包括两大模块：设计规划模块与虚实同步模块。所述设计规划模块，先在虚拟组件设计模块中设计搭建自动化车间数字孪生体所需的虚拟组件，紧接着根据实际生产需求在数字化工艺设计模块进行工艺设计，根据设计的组件和工艺在虚拟产线规划模块进行自动化产线的布置；完成数字孪生体搭建后，通过虚拟产线仿真调试模块和虚拟产线与真实控制系统联调模块对产线规划效果和控制程序进行验证。所述虚实同步模块，在对数字孪生体完成规划与验证后，通过物理产线模块进行真实产线的搭建，为了实现真正意义上的数字孪生，通过数据采集模块采集真实产线的运行数据，通过数据传输模块传输给数据管理与存储模块，紧接着通过虚实数据映射模块完成真实产线数据与数字孪生体数据间的同步，通过数据可视化模块对虚实同步的情况和运行数据进行展示，最后一步通过反馈控制模块利用数字孪生体的数据处理结果对实际生产进行指导。