【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于數字化智能制造，具體涉及一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統。
技術介紹
1、隨著數字化信息發展越來越快，信息化與工業化融合不斷加深，智能制造逐漸成為制造改革的潮流。智能制造面向產品全生命周期，是信息技術、智能技術和裝備制造過程技術的深度融合。其核心是為產品、工藝、設備、生產線、車間建立能夠映射其幾何狀態、性能特征、行為模式的智能模型，對現場生產仿真分析，完成預測與調控。數字孿生技術的出現為車間生產制造的智能化提供了新思路，實現制造數據在物理空間和信息空間的互聯互通。
2、傳統離散制造車間往往是由不同零部件加工/裝配子過程或并聯或串聯組成的生產活動，其零部件眾多、產品結構復雜、設備使用及加工工藝靈活。缺乏有效的車間監控往往導致在制品管理不透明、管理層與執行層出現信息斷層、實時調控能力差，成為制約生產加工效率的一大瓶頸。
3、傳統的離散制造生產監控模式主要以軟件二維圖表為主，信息反應滯后，監控界面人機交互和可視化程度差，管理員難以及時掌握車間的實時生產情況。
技術實現思路
1、為了克服以上現有技術存在問題，本專利技術的目的在于提供一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，以解決實時監測難、故障預警不及時，以及實現工藝規劃和車間調度等一系列實際問題，具有多視角、及時切換功能的實時轉化監測的特點，能夠實現全方位的車間生產狀態數字孿生模型構建及檢測。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種基于數字孿生智
4、其中數據連接通訊模塊連接物理信息模塊與虛擬信息模塊，通過多源異構數據整合模塊將通過對物理信息模塊實時采集的生產過程數據進行清洗和增值處理，得到更符合車間需求的有效數據，將處理過的數據提交到多視角監測模塊中實現映射與交互，所述數字孿生工藝仿真模塊用于對虛擬信息的包裝和體現，將車間環境、產線、工藝進行離線虛擬仿真，通過物料、生產系統、制造工藝三大類要素的表達、建模、仿真、分析與真實生產系統結合實現生產過程同步監控，進而建立六大模塊實現智能生產系統實時監測。
5、通過物理車間、虛擬車間、孿生數據的連接與集成，實現虛實雙向映射與交互，以及車間全要素、全業務、全流程數據的集成融合，在滿足特定約束和目標下，通過虛實迭代優化，達到車間生產和管控最優。
6、所述物理信息模塊對生產車間中廠房、車間及設備的標測，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量。包括廠房尺寸、車間尺寸、設備空間尺寸、各設備、物料區、工件區、機器人等的相對位置信息。
7、所述虛擬信息模塊基于對物理信息模塊標測廠房、車間、設備信息，構建生產環境(廠房、車間、物料區、工件區、防護等)以及關鍵設備(加工中心、機器人、物料小車等)的三維模型，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量，構建與物理系統一致的虛擬生產車間。
8、所述多源異構數據整合模塊用于對車間環境中不同種類的設備輸出不同的狀態信息、信息數據來源于不同設備且數據形式、規則、采樣頻率的各項數據信息進行一致化整合。
9、所述多源異構數據模塊對各項數據信息進行一致化整合，各項數據信息為：車間環境包括tema加工中心、裝載站、機器人及軌道、立體托盤庫、加工托盤等不同種類的專有設備，各設備又同時輸出不同的狀態信息，如加工狀態信息、刀具走刀軌跡信息、機床運轉狀態信息、機器人操作狀態信息、運載小車位置信息、托盤庫狀態信息等等，以上信息數據來源于不同設備且數據形式、規則、采樣頻率各不相同，呈現典型的數據異構特性。因此，需要對各項數據信息進行一致化整合，利用虛擬仿真驅動的采樣信息轉碼技術，將各類型數據轉碼為設備零件、車間單元的動態運動工藝，進而驅動各個單元進行相應的虛擬運動。
10、所述數字孿生工藝仿真模塊基于3d數字化工藝模型進行工藝過程的動態仿真；所述數字孿生工藝仿真模塊通過數字化的手段將物理設備的各類屬性映射到虛擬空間中，創建出可拆解、可復制、可轉移、可修改、可刪除、可重復操作的數字化鏡像。極大地加快操作人員對物理實體的了解，提升工作效率。
11、所述數據連接通訊模塊基于多源異構數據整合模塊對數據的整合，將物理信息模塊中物理車間與虛擬信息模塊中虛擬車間連接，采集數據與數字孿生仿真模塊交互。
12、所述數據連接通訊模塊作為車間現場數據與系統管理的橋梁包含接口服務與協議服務；
13、所述接口服務是物理車間與虛擬車間的連接、物理車間與孿生數據的連接，孿生數據與虛擬車間的連接、虛擬車間與數字孿生工藝仿真的連接。
14、所述協議服務是利用車間現場plc作為mes系統的數據收集器，通過數控系統plc收集測量裝置與傳感器獲取的信號、數控系統操作面板信號、數控信號、數控系統人機交互界面信號以及plc參數，通過傳送裝置的plc獲取傳送裝置上的倍率開關、按鈕、傳感器等數字信號與模擬量信號；mes系統與pc機通過opc協議與接口服務，實現工控網與現場的數控系統及傳送裝置中的plc進行數據交換，實現對物理車間的工藝生產數據、設備狀態、產品質量數據、報警信息等關鍵信息的采集及監控。
15、所述多視角監測模塊，用于向用戶展示監測內容，并具有多視角、及時切換的監測界面。
16、所述多視角監測模塊是以三維虛擬場景作為監控方式，從多視角、可巡游功能的虛擬環境動態監測技術，同時具備全局顯示、規定路線巡游監測、設備狀態及工藝指向性檢測以及自主調節縮放檢測功能的虛擬仿真環境顯示模塊，實現全方位的車間生產狀態數字孿生模型構建及檢測。
17、所述物理信息模塊按照系統建模及功能組成分為三個內容，分別為物料系統建模、工藝系統建模、生產系統建模；
18、所述物料系統建模是對產品、部件、組件、零件、毛坯、中間件、結構特征進行設定建模；
19、所述工藝系統建模是對工藝流程、工序組成、物料、輸出、設備、工位、執行條件進行考量；
20、所述生產系統建模是對設備、工位、產線、車間、廠房、倉儲的各類環境資源及生產資源進行搭建。
21、所述虛擬信息模塊基于物理信息模塊中標測廠房、車間、設備的信息，構建生產環境以及關鍵設備的三維模型，對模型各個零部件均設定為裝配體形式，使零件可拆分，生產環境可解耦；對模型進行顏色渲染，并添加材質和特效使虛擬模型的質感以及色彩都與物理信息模塊中的模型更接近。
22、本專利技術的有益效果：
23、(1)本專利技術的系統操作界面簡單，便于進行交互。
24、(2)由于車間生產過程中的靜態數據及動態生產數據對數字孿生模型的構建、設備使用、狀態監控、故障分析等至關重要，因此該系統需要具備高效率、高準確率的數據采集與傳輸的功能。
25、(3)生產車間在數據采集與傳輸本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，包括理信息模塊、虛擬信息模塊、多源異構數據整合模塊、數字孿生工藝仿真模塊、數據連接通訊模塊和多視角監測模塊；
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述物理信息模塊對生產車間中廠房、車間及設備的標測，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量。
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述虛擬信息模塊基于對物理信息模塊標測廠房、車間、設備信息，構建生產環境以及關鍵設備的三維模型，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量，構建與物理系統一致的虛擬生產車間。
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述多源異構數據整合模塊用于對車間環境中不同種類的設備輸出不同的狀態信息、信息數據來源于不同設備且數據形式、規則、采樣頻率的各項數據信息進行一致化整合；
5.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于
6.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述數據連接通訊模塊基于多源異構數據整合模塊對數據的整合，將物理信息模塊中物理車間與虛擬信息模塊中虛擬車間連接，采集數據與數字孿生仿真模塊交互。
7.根據權利要求6所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述數據連接通訊模塊作為車間現場數據與系統管理的橋梁包含接口服務與協議服務；
8.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述多視角監測模塊，用于向用戶展示監測內容，并具有多視角、及時切換的監測界面；
9.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述物理信息模塊按照系統建模及功能組成分為三個內容，分別為物料系統建模、工藝系統建模、生產系統建模；
...【技術特征摘要】
1.一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，包括理信息模塊、虛擬信息模塊、多源異構數據整合模塊、數字孿生工藝仿真模塊、數據連接通訊模塊和多視角監測模塊；
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述物理信息模塊對生產車間中廠房、車間及設備的標測，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量。
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述虛擬信息模塊基于對物理信息模塊標測廠房、車間、設備信息，構建生產環境以及關鍵設備的三維模型，對廠區、車間以及設備的相對位置信息、尺寸方位信息進行標的、測量，構建與物理系統一致的虛擬生產車間。
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征在于，所述多源異構數據整合模塊用于對車間環境中不同種類的設備輸出不同的狀態信息、信息數據來源于不同設備且數據形式、規則、采樣頻率的各項數據信息進行一致化整合；
5.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生智能生產車間動態監控系統，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高羨明，郭作燃，李玉涵，張衍龍，盧少輝，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：
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