[发明专利]一种基于节拍约束的断路器孪生车间模型动力学控制方法

说明书

本发明提供一种基于节拍约束的断路器孪生车间模型动力学控制方法，将控制过程分为预处理、相交检测和动力学控制三个阶段；在预处理阶段，利用动态八叉树模型对孪生车间进行子空间分割，并对子空间运动距离进行检测，生成实施相交检测判断的条件；在相交检测阶段，构造断路器上中下多层方向包围盒，并对碰撞方向进行筛选来减少检测数量，且进一步采用层级遍历方式对包围盒进行遍历来提升效率；在动力学控制阶段，在计算节拍的基础上对孪生体进行动力学建模，通过驱动力加载、运动逻辑控制和切换，实现固定节拍和柔性节拍时孪生体的控制。实施本发明，实现对断路器孪生车间系统的精准控制和实时映射，提升孪生系统运行的平稳与可靠性。

技术领域

本发明涉及工业流水线检测及数字建模技术领域，尤其涉及一种基于节拍约束的断路器孪生车间模型动力学控制方法。

背景技术

断路器是配用电网络中重要的保护性设备，广泛应用于电力、石油、化工、建筑等领域，每年使用数量高达数十亿，是维护我国配用电网络安全的重要基础。由于产量巨大，推行数字化制造方式，是目前提升制造企业效率、降低运行成本的重要手段。

数字孪生车间系统是目前国内外研究的热点，国内已经开展了较多数字孪生车间相关的研究。例如，王时龙等人提出一种基于数字孪生的人机物虚实融合驱动管控机制，实现工业大数据互联互通、人机物数据深度融合；又如，郭东升等利用数字孪生技术，结合航天结构件制造车间内的产品、工艺和资源进行建模，提高了车间生产能力；李西兴等人提出了基于Web Service和数据库中间表的异构数据集成方法，实现了纺织机械制造数字化智能化管理平台的数据集成与共享；任杉等人提出一种生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式，提升全制造流程和全生命周期管理的智能决策能力。

然而，上述研究工作主要针对车间制造物联、车间数据集成、车间智能运行与精准管理等方面，目前针对数字孪生体动力学控制方面的研究还较少，尤其是在以流水线作为主要作业模式的批量化工业制造系统中，如何考虑孪生体受时间节拍约束时对模型与实际系统间的真实映射关系进行建模和处理，还缺乏具体方法。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于节拍约束的断路器孪生车间模型动力学控制方法，将生产节拍引入模型动力学控制方案，针对不同生产线生产节拍，通过不同运动行为时驱动载荷的加载与控制对孪生体进行调控，实现断路器孪生车间模型运动的精准控制和实时映射，显著改善孪生体碰撞的响应时间和检测精度，提升其运行稳定性与可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于节拍约束的断路器孪生车间模型动力学控制方法，用于包括断路器物理车间、断路器孪生车间、车间孪生数据和车间服务系统的断路器数字孪生车间系统上，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、根据断路器物理车间生产任务，得到断路器流水线系统中各生产线的工艺流程及其对应的时间节拍；

步骤S2、利用预设的动态八叉树算法对断路器孪生车间中对应断路器流水线系统进行子空间分割，得到碰撞孪生体数量小于或等于预设容量值的子空间；其中，所述断路器孪生车间包括碰撞孪生体和非碰撞孪生体；所述碰撞孪生体包括断路器孪生体和阻挡机构孪生体；所述非碰撞孪生体包括装配机构孪生体和检测机构孪生体；

步骤S3、根据断路器在断路器孪生车间的运动轨迹，对所得到的子空间均进行距离探测，筛选出符合相交检测预设条件的子空间；

步骤S4、根据每一断路器孪生体的几何特点，构造子空间中每一断路器孪生体的上层、中层和下层多层方向包围盒，对包围盒采用层级遍历方式进行相交检测，并进一步对断路器孪生体碰撞方向进行筛选来减少相交检测时碰撞分离轴的检测数量；

步骤S5、根据时间节拍和工艺数据对断路器孪生体进行动力学建模，求解计算固定节拍和柔性节拍时驱动力大小以及加载方式；