[发明专利]一种基于数字孪生的燃料电池生产系统及其调整方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，包括：燃料电池自动化产线、数据采集单元、数据云平台、数字孪生平台和控制终端，其特征在于，

所述燃料电池自动化产线包括：膜电极生产设备、双极板生产设备、电堆组装设备、系统组装设备和系统检测设备；所述燃料电池自动化产线中的每个设备均由一PLC承担自身的自动化控制任务，各PLC之间通过串行通讯实现互联的分布式控制；所述燃料电池自动化产线中相邻设备之间通过输送单元连接；

所述电堆组装设备包括：机架，设置在机架上的压紧组件，驱动组件和夹持组件；所述压紧组件为两个与所述机架滑动连接的压紧块，两个所述压紧块相对运动；所述压紧块大小一致，且中心的连线形成虚拟中轴线；所述夹持组件包括若干夹具，用于夹持双极板、密封圈和膜电极的侧向；所述驱动组件连接对应的所述夹具，使得所述夹具带动对应的双极板或密封圈或膜电极朝所述虚拟中轴线方向运动；当双极板、密封圈或膜电极的中心连线与所述虚拟中轴线重合时，夹紧块相对运动，实现压合；

所述数据采集单元采集所述燃料电池自动化产线中生产工艺参数，并将采集数据输送至所述数据云平台；所述数据云平台对所述采集数据进行预处理，形成处理数据，并输送至所述数字孪生平台；

所述数字孪生平台搭载数字孪生模型，用于构建所述燃料电池自动化产线的设备虚拟模型，将所述处理数据与所述设备虚拟模型形成映射联动关系，并以三维图像的方式显示在所述控制终端；

所述控制终端调控所述燃料电池自动化产线的工艺参数，所述控制终端根据处理数据做出人为决策或自动决策，迭代所述设备虚拟模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：通过获取所述燃料电池自动化产线中各设备几何数据，所述设备几何数据为设备的结构、材料、联动关系和运动方式，得到所述设备虚拟模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：所述生产工艺参数为所述燃料电池自动化产线中设备实时运动参数、温度参数和时间参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：所述数据云平台包括处理单元、存储单元和通信单元；所述处理单元将所述采集数据与设备进行对应匹配，自动计算指标数值，并实时更新至所述存储单元；所述通信单元将信息发送至所述数字孪生平台，实现生产现场和所述数字孪生平台之间的数字通信。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：通过近似数值分析法和有限元法将设备进行数字化，将数字化设备在仿真工作环境中组装成所述设备虚拟模型。

6.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：所述数据云平台基于神经网络算法和机器学习算法，对所述采集数据和所述设备几何数据进行分析融合处理，形成所述映射联动关系。

7.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统，其特征在于：在所述迭代过程中，所述数字孪生平台将存储的80%的所述采集数据作为训练数据，对所述设备虚拟模型中工艺参数进行修正，以下一工艺循环中40%～50%的所述采集数据作为验证数据，经过所述数字孪生平台对得到的新的设备虚拟模型进行验证，检测迭代后是否提高产线的工作效率或质量。

8.基于权利要求1-7中任一项所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据燃料电池自动化产线中设备结构和布局，数字孪生平台搭建设备虚拟模型；

S2、数据采集单元采集燃料电池自动化产线中生产工艺参数的采集数据，经过数据云平台数据预处理处理后，数字孪生模型将处理数据与设备虚拟模型形成映射联动关系，并以三维图像的方式显示在所述控制终端；

S3、控制终端根据处理数据做出人为决策，调控燃料电池自动化产线中设备的生产工艺参数；数字孪生平台自动更新设备虚拟模型，实现产线的迭代优化。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的燃料电池生产系统的调整方法，其特征在于：在S3中，控制终端还包括自动决策，触发自动决策的条件为产能误差大于5%和良品误差大于0.2%，其中，产能误差为实际产能与预测产能的误差，良品误差为不良品与生产总个数的误差。