[发明专利]基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统及系统构建方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，包括：数控系统、物理空间、数字孪生中间层和数字孪生数字空间；物理空间包括数控机床；数字孪生数字空间包括控制模型和功能模型；功能模型用于模拟数控机床的机床运动；控制模型用于模拟数控机床对机床运动的控制功能；数控系统用于将控制信号发送到物理空间和数字孪生中间层；控制模型通过运动信号控制功能模型执行模拟作业；数字孪生中间层用于物理空间与数字孪生数字空间的连接与映射；数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；性能分析优化模块用于根据数控机床的运行数据和功能模型的运行数据对功能模型进行参数调节。本发明提高了虚拟调试的真实性。

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统。

背景技术

数控机床作为生产系统的主要制造设备，在生产前，需要对NC(NumericalControl，数字控制)程序和伺服动态参数进行测试和优化，以保证产品的批量生产质量，该过程称为调试，耗时且影响生产效率。同时增加定制产品和缩短制造周期的要求导致生产系统日益复杂，加重了调试的成本和负担，甚至引起安全问题。

目前，解决调试问题的常用方法是虚拟调试，是在数控机床的虚拟模型上进行调试过程。与实际机床调试方法相比，显著减少了调试时间和成本。但是由于虚拟模型与真实机床彼此分离，缺少交互，传统虚拟调试方法无法反映物理设备的真实状态。虚拟模型与物理设备之间的信息不一致导致调试结果不可靠，无法直接指导生产，通常需要进一步实际调试进行验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统及系统构建方法，提高了虚拟调试的真实性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于数字孪生的数控机床虚拟调试系统，包括：数控系统、物理空间、数字孪生中间层和数字孪生数字空间；

所述物理空间包括数控机床；

所述数字孪生数字空间包括控制模型和功能模型；所述控制模型和功能模型控制连接，所述功能模型包括根据所述数控机床的实体设备建立的三维模型，所述功能模型用于模拟所述数控机床的机床运动；所述控制模型用于模拟所述数控机床对机床运动的控制功能；

所述数控系统用于将控制信号发送到所述物理空间和所述数字孪生中间层；所述控制模型接收所述数字孪生中间层的控制信号，并将所述控制信号解析为运动信号，所述控制模型通过所述运动信号控制所述功能模型执行模拟作业；

所述数字孪生中间层用于所述物理空间与所述数字孪生数字空间的连接与映射；所述数字孪生中间层包括数字孪生模型映射模块和性能分析优化模块；所述数字孪生模型映射模块用于建立所述物理空间和所述数字孪生数字空间之间的映射关系，所述性能分析优化模块用于根据所述数控机床的运行数据和所述功能模型的运行数据对所述功能模型进行参数调节。

可选地，所述控制模型通过共享内存变量的方式与所述功能模型建立控制信号适配。

可选地，所述三维模型包括模拟的具有刚性属性的机电对象，所述功能模型还包括第一传感器、执行器和为具有刚性属性的机电对象设置的运动副与约束，所述执行器用于接收所述控制模块的控制信号并驱动所述机电对象进行运动，所述第一传感器用于采集所述机电对象的仿真运动数据。

可选地，所述物理空间还包括第二传感器，所述第二传感器用于采集所述数控机床的运行数据。

可选地，所述运行数据包括主轴转速、主轴位移和主轴加速度。

可选地，所述物理空间包括机床控制器，所述机床控制器用于控制所述数控机床运行。

可选地，所述数字孪生模型映射模块用于利用OPC UA工业通讯协议为所述机床控制器与所述控制模型建立映射关系。