[发明专利]一种面向数字孪生监控的产线单元建模方法

说明书

本发明公开了一种面向数字孪生监控的产线单元建模方法，包括以下步骤：S1、建立产线场景数据架构；S2、建立仓储产线系统需求图和监控应用需求图；S3、建立仓储产线结构图、设备结构图、值定义图，建立仓储产线活动图、设备活动图、设备数学模型；S4、建立OPC UA信息模型的对象节点和变量；S5、在Solidwork中建立设备三维模型，以中间格式STP导入三维仿真软件VC；S6、定义产线的运行流程，各设备间的运行约束关系；定义各运动结构之间的独立和依附关系；S7、根据设备数学模型建立对应数据结构，确定的数据源采集数据并更新OPC UA信息模型。本发明具备较好的可视化和交互性，并且产线状态反馈及时，能够有效帮助管理者了解产线状态，提高管控效率。

技术领域

本发明涉及一种面向数字孪生监控的产线单元建模方法。

背景技术

制造业是实体经济的主体，是国家经济命脉所系。制造业的发达程度表现了一个国家的先进程度。近年来，物联网、云计算、大数据等技术的发展推动了制造业的变革，制造模式由自动化生产逐渐向智能制造发展。数字孪生是以数字化的方式在数字世界中创造物理实体的虚拟模型，并由数据驱动模拟仿真物理实体在现实环境中的行为、状态，并通过数据分析、虚实交互等方式为物理实体拓展新的功能，在生产制造全生命周期中发挥着重要作用。

在监控应用中，目前生产系统的可视化管控主要是以数据统计和状态参数监控为主的二维可视化管控，而融合数字孪生技术可以使其管控能力进一步提升，实现三维可视化管控，目前对数字孪生技术的监控应用还较少，将数字孪生技术与监控相结合具备研究意义，而实现数字孪生技术的关键在于模型构建，包括与实体对应的三维模型、数据模型和行为规则模型。

MBSE于2007年由国际系统工程协会提出其定义，其是以模型驱动系统开发流程，利用模型表达系统全生命周期中需求、设计、分析、验证和确认等过程，是目前航天、军工领域对于复杂大系统开发最常用的方法。本方法不同于系统设计，而是面向数字孪生监控，融合MBSE的思想进行产线与设备的建模，基于系统分析进行数据规划，形成产线和设备数据模型。

申请号为202111356345.7的专利申请公开了一种基于OPC UA的数字孪生仓储研究与应用，包括采集仓储系统内对应监测设备的数据信息；将数据信息通过以太网传输给OPC UA服务器，OPC UA服务器将采集到的各个数据进行数据编码后存入数据库或发送给OPC UA客户端使用；OPC UA客户端向OPC UA服务器提出请求获取数据并进行数据解码。该方法通过OPC UA进行数据传输，提供了仓储数字孪生监控应用的数据，但是方法仅限于向孪生模型提供数据，对为什么提供这些数据的需求分析、对象行为分析和数据建模等均未涉及。申请号为202210927756.5的专利申请公开了一种面向焊接机器人工作站的数字孪生方法及系统，包括：通过三维建模软件及仿真软件，创建与现实物理空间中的物理实体相对应的焊接机器人工作站的虚拟孪生工作站；将采集到的焊接机器人工作站的历史运行数据进行处理并保存到物联网平台；通过所述虚拟孪生工作站运行调整焊接机器人工作站孪生体与现实工作站一致，并在写入历史数据时，通过改变焊接机器人工作站相关参数进行仿真模拟，并得到验证后的虚拟孪生工作站模型；获取所述物联网平台实时采集的运行数据输入到所述验证后的虚拟孪生工作站模型中，以通过所述验证后的虚拟孪生工作站模型进行实时监测所述焊接机器人工作站。该申请通过三维软件和仿真软件创建和实现焊接机器人的数字孪生体，但该发明仅面向焊接机器人，但实际产线系统一般较为复杂，不同设备或是整个系统数据需求并不相同，数据来源也不一样，数据传输和孪生体驱动机制也不尽相同。因此对整个产线和数字化车间来说，该方法的适用性不足。

生产场景复杂，其中涉及的硬件设备、软件业务系统繁多，生产过程中产生的数据多源异构，具备数量多、碎片化、质量低等特性，且每一套生产系统都配置各不相同，其业务系统、自动化程度、设备数据来源皆有所不同，因此现有数字孪生方法大多面向具体设备对象，其通用性和可复用性就相对较差，同时，现有产线监控方法大多为二维统计监控，透明化和可视性相对较差。

发明内容