[发明专利]一种面向装配车间的数字孪生模型的构建方法

说明书

本发明公开一种面向装配车间的数字孪生模型的构建方法，涉及数字孪生领域。本发明首先采用多尺度要素表征的方法，从元素、工序、生产线、车间四个尺度对车间内的全要素进行表征，构建装配车间的多尺度数字孪生模型；再从多维度概念入手，依靠基于模型的定义(ModelBased Definition,MBD)方法，实现几何、物理、行为、规则四个层面的数字孪生模型构建，即通过创建数据节点模型，依据数据节点模型对数据演化过程进行表征，并在多维度的数据模型基础上实现多尺度模型与多维度模型的融合。

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，具体涉及一种面向装配车间的数字孪生模型的构建方法。

背景技术

装配车间的数字孪生系统考虑离散制造业的特点对现有的数字孪生技术框架进行改进，从多尺度多维度两个方向入手，集合基于模型的定义(Model Based Definition,MBD)技术的特点，对装配车间进行数字孪生模型构建，为离散制造企业利用数字孪生技术提供了有力的支持。

需要说明，数字孪生技术使得制造车间的生产仿真方式更加便捷与智能化，同时，数字孪生系统可以使得装配车间可以利用高效采集的实时数据进行生产调度仿真，使得企业在面对订单变化与资源变动时进行中期调度的时间成本和经济成本大幅降低。集合MBD技术后，数字孪生模型可以实现轻量化，耗费更少的计算资源实现推演与控制。

目前对于数字孪生制造过程及业务交互关系的解析一般是从人、机、物、法、环等多主体的自治交互或协同的方向上进行的，对主体的划分方式遵循传统的离散车间实体研究惯例，且关注于实体的属性、横向关系等特征。这导致了相应主体在车间整体结构中的特征不明晰，不能很好的建立物理空间实体与信息空间模型与服务间的对应关系，同时现有模型对车间数据的采集、演化模式刻画不深刻，数字孪生模型中的逻辑、规则与现实数据推演脱节。

目前在数字孪生建模方法的研究上，吴鹏兴等人在研究离散车间可视化实时监控方法时，提出了“基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法”采用了基于AutomationML与OPC UA的数据建模方法，从资源、工艺产品的角度建立数据模型，但是对于车间垂直管理结构的刻画不足，不能反映出整个车间的不同生产层级间的继承关系。丁凯等人结合智能制造空间的定义，提出了“基于数字孪生的多维多尺度智能制造空间及其建模方法”，从多维度多尺度角度来刻画数字孪生模型，但是对于车间全要素的考虑不足，只是从泛化的特征出发进行建模，缺乏实际对照效果。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种面向装配车间的数字孪生模型的构建方法。能够实现面向装配车间的数字孪生模型构建，降低相应数字孪生建模开发的工作量。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种面向装配车间的数字孪生模型的构建方法，包括多尺度模型的构建、多维度模型的构建以及相应的模型融合、模型轻量化方法；

步骤1：多尺度数字孪生模型构建：

多尺度是指元素、工序、生产线、车间四个基本的工业尺度，按照层次化建模方法从颗粒度最小的元素尺度依次往上进行建模；

步骤1.1：元素包含实体类与空间类两大类，其中实体类包括了采集设备、物流设备、装配设备、操作员四种元素，空间类包括了仓储空间、生产空间、运输空间三种元素，分析建立包含元素种类、属性与相互关系的形式化表达式；

步骤1.2：构建基于元素的工序映射模型，结合生产实际将工序分为四种类别：准备类、检测类、操作类与清理类，通过元素的不同组合关系来反映不同的工序功能与属性；

步骤1.3：以工序与元素为基础，构建生产线的形式化表征；用工序流的模式将工序组织起来，再辅以不同的独立元素，利用不同的工序组织形式来确定生产线的组织形式，确定生产线的属性、相互关系；