[发明专利]一种基于数字孪生技术的FIMS系统架构设计方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的FIMS系统架构设计方法，其特征是，包括有以下步骤：

S1、设计提出面向全生命周期的新型数字孪生柔性智能制造系统架构，其中包括有制造运行管理MES系统、DT系统、FMS系统、IOT-Enabler系统、底层硬件设备；

S2、根据实际车间的构成，将车间对象主要分为加工生产线、RMFS物流运输线、立体仓库、可移动对象AGV类型，建立真实物理车间对应虚拟数字孪生体模型；

S3、建立FIMS数字孪生体数据采集系统，为了实现模型间的数据交互和外部实时数据的交互，孪生模型要根据运行逻辑交互信号和驱动数据建立通讯控制信号接口；

S4、建立FIMS加工生产系统；

S5、建立柔性智能制造系统中RMFS物流系统；

S6、建立立体仓库系统；

S7、建立基于数字孪生的车间远程虚拟监控系统：

S8、建立基于数字孪生预测性维护、故障分析系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的FIMS系统架构设计方法，其特征是：步骤S2具体包括有：

S201、根据物理实体进行真实映射，在matlab软件建立对应物理世界的相关数学孪生模型；

S202、利用Demo 3D建立物理实体的三维模型，将模型导入到Plant Simulation平台，并选择性地对模型进行轻量化处理，以减少运行时的显示压力；

S203、根据数学孪生模型获取对应孪生力学模型，并以参数化的方式设置对象属性参数和运行逻辑参数，进行优化参数调整，以使孪生力学模型生成数据与实测数据结果相匹配；

S204、对于三维模型中可运动的组成部件，设置其为可动画对象，进而编辑可动画组件的动作路径，并关联组件动画形成一个完整的动作；

S205、将实际车间系统中的生产物流规则和策略转化成仿真运行逻辑，在对象Method中编写以驱动可移动实体在数字孪生车间内部的运转，并实现相关规则策略的参数化设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的FIMS系统架构设计方法，其特征是，预测模型的构建具体为：

定义预测模型：DT_OPER＝(OP_MODEL,OP_{INTERFACEAFCE},OP_SERVICE,)；

其中，OP_MODEL为人员三维模型，OP_{INTERFACEAFCE}为人员位置/动作数据接口，OP_SERVICE为生产监控服务；

模拟故障因素对待预测设备进行检测，并输出仿真结果；通过仿真结果提取训练数据用于机器学习，部署算法，输出结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的FIMS系统架构设计方法，其特征是，步骤S3具体包括有：

S301、通过温度、压力、振动分布式传感器获取数学孪生模型所需参数数据，规划车间的每一个车间要素，建立其虚拟数字化映射；

S302、数字空间通过内部UA客户端与现场实时数据建立连接，根据获取参数数据进行预处理，在驱动模型对物理实体的映射的同时对生产现场的反馈数据写入反控；

S303、搭建快速可靠的信息传输网络，信息的交互主要基于OPC协议的同步读/写、异步读/写以及订阅方式实现，将系统状态信息安全、实时地传输到上位机，实现OPC UA Server与OPC UA Client的数据传输；

S304、设计UA服务器应用架构，包括有工业机器人、PLC、传感器、工控机、电缆线及网线设备组成的通信网络构架物理层；通过以太网协议进行数据传输的数据链路层；使用TCP/IP协议的网络层与传输层；使用OPC UA协议作为数据协议的应用层；

S305、通过以太网将服务器连接交换机进而连接至工控机，根据服务器IP地址将工控机的IP设置为与服务器同一网段；数字孪生系统的数据通信模块通过获取本机IP与服务器的URL进行连接。