[发明专利]一种基于数字孪生的MPS系统智能控制方法及系统

说明书

本发明属于机械工程及自动化技术领域，公开了一种基于数字孪生的MPS系统智能控制方法及系统，通过建立MPS系统的数字孪生模型，根据控制方案对模型路径规划与运动设计，建立模型驱动模块以及数据采集模块，创建可视化界面，将MPS系统数字孪生模型与数控系统成功连接得到基于数字孪生的MPS系统，利用基于数字孪生的MPS系统对MPS系统设备进行实时监测。本发明能够模拟、监控、诊断、预测和控制模块化自动生产线在现实过程中的形成过程和行为，实现对MPS系统设备可用性的准确预测与调度方法的多维度评估，从而使生成的生产方案与实际状态相匹配，最终能够提升生产方案的性能指标，反映了MPS系统的全生命周期过程。

技术领域

本发明属于机械自动化技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的MPS系统智能控制方法及系统。

背景技术

目前，随着中国制造业向智能制造方向转型，以气动技术、液压技术、传感器、PLC等多学科技术相互渗透形成的MPS(Modular Production Training System)系统逐渐应用于机械工程和自动化等相关专业的专业技术培训和模块化教学培训中。MPS系统的智能化已经成为智能制造、机械工程等相关专业学习的重要目标。

智能制造已经成为中国工业发展的主攻方向。数字孪生技术作为智能制造的关键使能技术，受到了国内外的高度关注。数字孪生是指在赛博空间(Cyberspace) 内对物理实体在几何层面和物理层面进行多维度映射形成数字孪生体，并借助于信息化平台通过对数字孪生体进行规划、分析和预测，从而反映出相对的物理实体的全生命周期过程。

目前MPS系统主要基于PLC对MPS系统进行集中控制，但由于PLC控制系统主要是依托传感器采集的数据，实现对MPS系统的分析或虚拟仿真，不能够直观且准确反映MPS系统的运行状况，无法满足如今的智能制造发展需求。并且现有的MPS系统控制系统普遍存在实时性低、可视化效果差、对MPS系统多方位预测、仿真、全面评估和优化效果差、无法反映MPS系统的全生命周期过程等问题，打不到预期目标。

经过检索发现，在专利“一种直线型多单元MPS自动化物流系统”，申请号：201310156145.6中提供了一种在每个子工作站上设置控制系统且与系统总集成总控工作台通讯，并通过PLC触摸屏对MPS系统进行监控的一种直线型多单元MPS自动物流系统。在专利“一种基于数字孪生的数控机床进给轴热误差监测方法”，申请号：201911308984.9中基于MATLAB编程和Simulink软件，将数控机床进给轴热误差数据进行可视化展示，实现了数控机床轴热误差监测。而在MPS系统领域目前尚没有发现数字孪生技术的应用研究。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术无法对MPS系统的全生命周期进行映射，不能够直观且准确反映MPS系统的运行状况，现有的 MPS系统可视化效果差，对MPS系统多方位预测、仿真、全面评估和优化效果差，实时性较低，无法满足如今的智能制造发展需求；同时现有MPS系统领域目前尚没有发现数字孪生技术的应用研究。

解决以上问题及缺陷的难度为：

解决上述问题及缺陷是一项巨大的挑战，目前数字孪生技术还处于发展阶段，在教学设备领域数字孪生的研究还处于较低水平。

对MPS系统进行基于数字孪生的改造需要搭建适用于工业4.0的通讯协议；该协议如何进行编程和实现，成为了很大问题。

基于数字孪生技术对MPS系统进行改造不仅利用到工业互联网技术、大数据技术、虚拟现实技术、人工智能技术、自动化技术等多种复杂先进技术，并且还涉及到机械工程、计算机、电气自动化等多学科专业知识。改造起来非常复杂。

解决以上问题及缺陷的意义为：

基于数字孪生技术的MPS系统可以对现实空间中的MPS系统进行全生命周期的映射。实现了对MPS系统的实时监测、故障诊断、安全管理和服务决策等多个功能。为高校提供了一套符合实际生产的模拟教学环境。