[发明专利]面向离散车间生产过程的数字孪生系统及其构建方法

说明书

本发明的目的是提供面向离散车间生产过程的数字孪生系统及其构建方法，所述数字孪生系统包括物理车间层、孪生虚拟层、应用服务层和跨域功能层；其中，物理车间层包括离散车间内的生产资源和感知控制实体；孪生虚拟层为离散车间内的生产资源和感知控制实体提供数字模型，并对其进行实时数据采集；跨域功能层集成了物理车间层和孪生虚拟层的各类信息数据结果，针对实际生产过程需求提供相应的功能服务。本发明方法针对离散车间生产特征，面向其生产加工过程，构建孪生虚拟车间模型，从而实现车间生产的实时映射与远程监控，通过对车间生产信息进行有效管理，实现多源异构数据的集成、生产信息的可视化显示和对车间设备状态的管理与实时反馈。

技术领域

本发明涉及生产制造过程数字孪生技术领域，具体的说是一种面向离散车间生产过程的数字孪生系统构建方法。

背景技术

在新一轮科技产业变革与技术发展中，传统制造业加工模式与生产系统向着数字化、智能化的方向发展。在这样的环境下，数字孪生的概念及其相应的理论飞速发展，在工业、产业、军事、民生等各个领域得到了高度了重视与广泛的应用。在制造业中，车间是智能制造系统中的核心部分，也是执行生产制造任务的基础。数字孪生概念的应用，为车间生产的数字化、智能化发展带来了全新的信息物理融合理念。孪生体在实时接收物理车间的各类信息的同时，能偶对物理车间中生产活动进行实时的指导反馈，形成物理车间与数字化虚拟空间的双向闭环映射。

现如今，制造企业逐步从传统的大批量、流水线式的生产模式，开始向着多品种小批量、个性化的趋势发展。在这样的情况下，离散制造车间在生产过程中面临的信息数据多源异构、“黑箱”生产、车间设备健康管理及故障预警等问题变得更加严峻。而传统的离散制造车间中存在着设备互通性差、车间生产信息管理缺乏、数据实时动态可视化程度低、信息物理融合不足、设备状态管理和故障处理滞后等问题，严重制约了离散车间的智能化发展进程。因此迫切需要一套面向离散车间生产过的数字孪生系统，来促进离散车间与信息空间的交互融合，有效解决离散车间发展过程中的诸多问题，提高其智能化水平。

发明内容

为了解决上述本领域中存在的技术问题，本发明提供一种面向离散车间生产过程的数字孪生系统构建方法，该方法针对离散车间生产特征，面向其生产加工过程，构建孪生虚拟车间模型，从而实现车间生产的实时映射与远程监控，通过对车间生产信息进行有效管理，实现多源异构数据的集成、生产信息的可视化显示和对车间设备状态的管理与实时反馈。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

面向离散车间生产过程的数字孪生系统，所述数字孪生系统包括物理车间层、孪生虚拟层、应用服务层和跨域功能层；其中，所述物理车间层包括离散车间内的生产资源和感知控制实体；

所述孪生虚拟层为离散车间内的生产资源和感知控制实体提供数字模型，并对其进行实时数据采集；

所述跨域功能层集成了物理车间层和孪生虚拟层的各类信息数据结果，针对实际生产过程需求提供相应的功能服务。

进一步的，所述物理车间层为离散加工车间实体，所述离散车间生产资源，指离散车间生产过程的人员、设备、物料、环境及其产生的底层实时数据；

所述感知控制实体，分为车间数据采集感知部分和车间设备控制部分，所述车间数据采集感知部分包含各类传感器设备、RFID射频识别系统、UWB定位器、工业摄像机，用于实时获取离散车间生产过程中的各类底层信息数据；所述设备控制部分包含控制设备，其将系统对离散车间的优化控制指令和预测警报信息传递给对应的设备，并控制相应的设备执行优化命令。

进一步的，所述孪生虚拟层为离散车间在虚拟空间的数字模型集合，是与离散加工车间实体向对应的虚拟车间，所述孪生虚拟层实时映射离散车间实体的生产过程和信息数据，并对车间设备进行状态管理与反馈。

作为本申请的一种优选实施方案，所述孪生虚拟平台为Unity 3D虚拟平台，所述平台为孪生虚拟车间提供构建工具和运行支撑环境。