CN110866313B - 一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，包括得到断路器检测流水线中各机械设备的三维数字化模型；根据实际生产工艺和动作状态，进行层级关系建模；网格优化模型；根据实际生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到模型的机械动作轨迹；结合实际动作逻辑以及动作之间的配合关系，对模型的机械动作轨迹进行编辑；引入运动控制，在数字孪生场景中进行运动仿真，实现与真实断路器检测流水线虚拟同步运动。实施本发明，通过检测流水线真实物理设备与数字孪生模型的信息融合和交互，实现流水线生产数据集中管理，并能对检测流水线进行远程可视化运行、管理和维护，为小型断路器的数字化制造提供基础平台。

Description

一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法

技术领域

本发明涉及流水线检测及数字建模技术领域，尤其涉及一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法。

背景技术

断路器是配电网中重要的保护性设备，广泛应用于电力、石油、化工、建筑等国民经济的各个领域，其保护特性在维护电网稳定运行、确保人身和财产安全方面具有重大作用。因此，断路器在出厂之前必须对产品质量、保护特性等指标进行多项功能检测，以保证断路器性能指标的可靠性与准确性。

传统的小型断路器制造为劳动密集型产业，主要依靠人工进行装配和检测作业，缺乏必要的信息管理手段。因此，进行自动化改造以后的断路器检测流水线是断路器制造过程的一个重要环节，主要对其保护特性进行在线校验和检测，包括过载保护特性和短路保护特性校验。断路器自动化检测流水线采取一种U型结构，流水线的主要工艺环节包括：单极穿钉、单极铆合、激光打标、自动延时、多极拼装、多极穿钉、多极铆合、扫码瞬时、通断耐压、自动移印、装配卡扣和贴封口塞等12个模块。

但是，自动化改造以后的断路器检测流水线，由于设备本身、设备与设备之间缺乏信息链路，无法进行信息集成和统一的管理，信息孤岛问题严重，导致车间管理层和执行层之间的信息交互不及时，运行与管理状态滞后，无法满足车间管理人员对流水线进行透明化、实时、动态地监测、管理和维护的需求。

因此，亟需一种针对小型断路器自动化检测流水线的数字孪生模型构建的方法，可以为小型断路器的数字化制造提供基础平台，通过检测流水线真实物理设备与数字孪生模型的信息融合和交互，实现流水线生产数据集中管理，并能对检测流水线进行远程可视化运行、管理和维护，对于推动传统低压断路器制造的数字化转型具有重要意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，通过检测流水线真实物理设备与数字孪生模型的信息融合和交互，实现流水线生产数据集中管理，并能对检测流水线进行远程可视化运行、管理和维护，为小型断路器的数字化制造提供基础平台。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取断路器检测流水线各检测工序所对应的各机械设备几何尺寸及几何形状进行三维建模，得到所述断路器检测流水线中各机械设备的三维数字化模型；

步骤S2、根据所述断路器检测流水线的实际生产工艺和动作状态，对各机械设备进行层级关系建模，得到各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型；

步骤S3、对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化；

步骤S4、根据所述断路器检测流水线实际的生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹；

步骤S5、结合所述断路器检测流水线的实际动作逻辑以及动作之间的配合关系，对各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹进行编辑；

步骤S6、对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制，并进一步引入数字孪生场景中进行运动仿真，实现与所述断路器检测流水线虚拟同步运动。

其中，所述方法进一步包括：

对所述数字孪生场景进行全局光照技术优化渲染。

其中，所述步骤S2中的“各机械设备进行层级关系建模”均是将同一机械设备有物理连接且运动轨迹相同的模型组合成为运动层级，或通过链接方式将运动层级之间有物理连接但运动轨迹不同的低层级模型关联成高层级模型的子对象来建立运动关联。

其中，所述步骤S3中的“对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化”均是通过减少各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型中所包含多边形的顶点数和面片数来实现的。

其中，所述步骤S4中的“根据所述断路器检测流水线实际的生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹”具体包括以下步骤：

将各机械设备在实际生产过程中的动作均划分为多段运动轨迹；

确定各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序；

根据各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序，在各机械设备各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，确定出各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型，并记录各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置；

将所记录的各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置均作为关键帧，并将记录的同一机械设备所有的关键帧均按照相应划分的多段运动轨迹的先后顺序依序进行组合，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹。

其中，所述步骤S5中的“对各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹进行编辑”具体为：

在各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，将参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成待控制的动作片段，用以通过后期脚本编程对断路器的运动进行控制；以及

将不参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成播放的动作片段，用以后期对所述断路器自动化检测流水线仿真运行时播放，形成完整流畅的运动过程。

其中，所述步骤S6中的“对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制”具体包括模型的动力学控制、机械设备动作的运动控制、模型动力学运动和机械设备运动的协调控制以及多个设备之间的协调运动控制；其中，

所述模型的动力学控制是断路器在所述数字孪生场景中的运动控制，通过碰撞检测来实现断路器运动控制；

所述机械设备动作的运动控制是对每个断路器检测工序所对应的各机械设备进行状态建模；其中，所述状态建模是依据动作编辑完成的；

所述模型动力学运动和机械设备运动的协调控制由触发器完成，通过触发器模拟真实物理车间中通过传感器对断路器进行测量和定位的效果；

所述多个设备之间的协调运动控制是串联或者并联关系的多个设备来共同完成的，实现对断路器的某一项保护特性检测。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明以断路器自动化检测流水线的实体基础数据来构建三维模型，并以断路器检测流水线实际的生产过程来进行动作控制，从而在模型的几何尺寸、外观、物理属性、动力学特性、运动逻辑等方面具备与真实物理装备的完全映射和表达，通过检测流水线真实物理设备的信息融合和交互，实现流水线生产数据集中管理，并能对检测流水线进行远程可视化运行、管理和维护，为小型断路器的数字化制造提供基础平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法中断路器自动化检测流水线上激光打标单元所包含机械手旋转机构在步骤S2中进行层级关系建模应用时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法中断路器自动化检测流水线上装配卡扣单元所包含移料机构在步骤S2中进行层级关系建模应用时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法中步骤S6所包含机械设备动作的运动控制应用时的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法中步骤S6所包含模型动力学运动和机械设备运动的协调控制应用时的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法中步骤S6所包含多个设备之间的协调运动控制应用时的流程图；

图7为图6中多极拼装单元在多个设备之间的协调运动控制应用时的流程图；

图8为图6中多极断路器预设体在多个设备之间的协调运动控制应用时的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取断路器检测流水线各检测工序所对应的各机械设备几何尺寸及几何形状进行三维建模，得到所述断路器检测流水线中各机械设备的三维数字化模型；

具体过程为，获取断路器检测流水线各检测工序所对应的各机械设备的几何尺寸和几何形状，对断路器检测流水线进行同比例(或其它缩放比例)三维建模，建立各机械设备的三维数字化模型。

步骤S2、根据所述断路器检测流水线的实际生产工艺和动作状态，对各机械设备进行层级关系建模，得到各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型；

具体过程为，断路器检测流水线几何模型的每个零件模型都是独立个体，零件与零件之间没有连接约束关系，无法实现机械检测设备的连动效果。可以将同一机械设备有物理连接且运动轨迹相同的模型组合成为运动层级来对各机械设备进行层级关系建模，或通过链接方式将运动层级之间有物理连接但运动轨迹不同的低层级模型关联成高层级模型的子对象来建立运动关联，实现各机械设备进行层级关系建模。例如，部分零件模型的中心轴位置会发生偏差，需要将所有数字化虚拟模型的中心轴居中到对象，以减小层级关系建模过程中因中心轴位置变化带来的误差。

在一个实施例中，为对该过程进行详细描述，以断路器自动化检测流水线中的激光打标单元为例，解释其层级关系建模过程。

激光打标单元中的机械手旋转机构是一个多层级模型机构，如图2所示。将有物理连接且运动轨迹相同的模型组合成为运动层级，机械手旋转机构包含机械手支架、伸缩气缸、旋转气缸、左夹手和右夹手等四个运动层级。机械手支架作为第一层级模型，伸缩气缸作为第二层级模型，旋转气缸作为第三层级模型，左夹手和右夹手作为第四层级模型。这四个运动层级有物理连接但运动轨迹不同，因此将低层级模型链接成高层级模型的子对象，实现层级模型的连动控制。

在另一个实施例中，为对该过程进行详细描述，以断路器自动化检测流水线中的装配卡扣单元为例，解释其层级关系建模过程。

在装配卡扣单元中，移料机构需要进行层级建模实现模型的连动控制，如图3所示。将移料机构中有物理连接且运动轨迹相同的模型组合成为运动层级，移料机构包含移料支架、橫液压气缸、竖液压气缸和夹块等四个运动层级。移料支架作为第一层级模型，橫液压气缸作为第二层级模型，竖液压气缸作为第三层级模型，夹块作为第四层级模型。这四个运动层级有物理连接但运动轨迹不同，因此通过链接方式将低层级模型关联成高层级模型的子对象，建立运动关联。

步骤S3、对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化；

具体过程为，各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型中每个单元都含有大量的面数和顶点数，面片数和顶点数过对会增加计算负担，引起系统显示延迟，需要将复杂模型按“少模型，少顶点”的原则优化。通过减少多边形数量进行网格优化，并且通过专业优化修改器减少模型多边形的顶点数和面片数。因此，对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化”均是通过减少各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型中所包含多边形的顶点数和面片数来实现的。

此外，优化之后的塌陷操作能够在不影响优化结果的前提下删除修改器，使系统不必每次操作都运行一次修改器，节省模型占用内存。

在一个实施例中，铆合单元中的铆合机有多层面片和按钮，将多边形简化成一个完整的面片，删除按钮和多余面片，进行网格优化。然后添加专业优化修改器，降低顶点数和面数。此外，传送带模型多边形数过多，因此将其内部多边形删除，并对模型进行封口操作，从而将整个传送带模型处理为完整的面片，提高了模型执行效率。

步骤S4、根据所述断路器检测流水线实际的生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹；

具体过程为，各机械设备运动动作设计需要结合各实际检测工序所对应真实动作及其配合关系。因此，对数字模型进行运动设计，需要在具有层级关系的模型基础上进行，在时间轴的每一帧上记录模型的动作，对每一帧动作进行连续播放，进而形成连贯运动，其中在时间轴上记录下来的运动轨迹帧设置为关键帧作为连贯运动的基础。由于真实的机械设备在一段完整的运动过程中包含多段连续运动的轨迹，因此在对数字模型进行动作设计时，需要在时间轴上确定多段运动轨迹的先后顺序。每一段运动轨迹都涉及多层级模型，需要选取最高层级模型来记录该层级的始末位置，层级低的模型作为子对象，跟随高层级模型移动，不需要再次记录关键帧，从而达到比较流畅的动作效果。

即，首先，将各机械设备在实际生产过程中的动作均划分为多段运动轨迹；其次，确定各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序；然后，根据各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序，在各机械设备各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，确定出各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型，并记录各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置；最后，将所记录的各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置均作为关键帧，并将记录的同一机械设备所有的关键帧均按照相应划分的多段运动轨迹的先后顺序依序进行组合，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹。

在一个实施例中，以断路器自动化检测流水线中的装配卡扣单元为例。装配卡扣单元中的升降机构将断路器从装配卡扣设备上降落至传送带，升降机构包含第一层级的升降支架和第二层级的升降气缸，这段升降运动包括升降气缸上升和升降气缸下降两段运动轨迹，需要确定升降气缸先上升后下降的运动顺序。在每一段运动轨迹中，升降气缸都是最高层级模型，因此需要确定升降气缸上升的始、末位置关键帧和升降气缸下降的始、末位置关键帧。而第一层级升降支架不属于任何一段运动轨迹，不需要记录关键帧。

在另一个实施例中，以断路器自动化检测流水线中的多极拼装单元为例。多极拼装单元中的长手柄机械手机构负责多极断路器长手柄的安装。长手柄机械手机构包含第一层级机械手支架、第二层级橫液压气缸、第三层级竖液压气缸、第四层级旋转气缸和第五层级左右夹手。机械手机构的运动包含橫液压气缸左移到指定位置、旋转气缸旋转到合适角度、竖液压气缸下降、左右夹手夹取长手柄、竖液压气缸上升、橫液压气缸右移、竖液压气缸下降、左右夹手打开、竖液压气缸上升、旋转气缸还原角度、橫液压气缸移动到初始位置等11段运动轨迹。因此在每段运动轨迹中，记录最高层级模型的始、末位置关键帧，完成机械手夹取并安装长手柄的运动设计过程。

步骤S5、结合所述断路器检测流水线的实际动作逻辑以及动作之间的配合关系，对各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹进行编辑；

具体过程为，为了对各机械设备动作实施运动控制(如下一步骤S6)，需要对每一个机械设备进行动作编辑。断路器检测流水线上各机械设备完整的运动动作由多段不同的运动轨迹共同组成，在各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，将参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成待控制的动作片段，用以通过后期脚本编程对断路器的运动进行控制；以及将不参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成播放的动作片段，用以后期对断路器自动化检测流水线仿真运行时播放，形成完整流畅的运动过程。

在一个实施例中，以断路器自动化检测流水线中的多极拼装单元为例。在多极拼装单元中，对拼装机械手机构经过动作编辑，一共包括机械手移动、机械手夹起断路器并移动、机械手放下断路器并回到初始位置等三个动作片段，其中机械手夹起断路器并移动是参与断路器运动的动作片段，实现断路器跟随机械手移动的效果需要脚本的控制，脚本的控制由下文第六步中的模型运动控制模块来完成。

步骤S6、对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制，并进一步引入数字孪生场景中进行运动仿真，实现与所述断路器检测流水线虚拟同步运动。

具体过程为，对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制具体包括模型的动力学控制、机械设备动作的运动控制、模型动力学运动和机械设备运动的协调控制以及多个设备之间的协调运动控制。其中，

(1)动力学控制是断路器在数字孪生场景中的运动控制，通过碰撞检测来实现断路器运动控制。

具体为，断路器作为场景中的主要对象，需要在数字空间内表现与现实完全相同的运动行为，可以通过碰撞检测来实现其运动控制。实现碰撞检测的一种方式是碰撞体设置，碰撞体依据物体形状可以分成盒碰撞体、球形碰撞体、网格碰撞体和地形碰撞体，可用于断路器和周围环境、物体关系的控制，防止断路器在运行中出现穿透现象，同时可以结合实际检测流程，操作断路器的运动。对断路器施加方向向下的重力，同时对传送带添加碰撞体模拟支撑力以及运动方向相反的摩擦力，防止断路器受重力影响下落，并且通过摩擦力对断路器的动力学运动进行控制。

当断路器在传送带上运行时，对断路器施加向前的力和加速度，断路器从静止到加速运动，最后匀速运动。当断路器被阻挡时，撤销施加在断路器上的力和加速度，使断路器达到静止状态，直到断路器没有阻挡时继续受力运动。

(2)机械设备动作的运动控制是对每个断路器检测工序所对应的各机械设备进行状态建模；其中，状态建模是依据动作编辑完成的。

具体为，该状态建模是依据动作编辑完成的，包含设备静止状态，动作1，动作2，触发动作的事件条件和动作之间的过渡。对于包含多套动作的复杂机械设备，需要设置多个触发条件，各机械设备在系统运行时处于static状态，不执行任何动作。为了防止设备在运动过程中被再次触发，对触发条件进行约束，只有当设备处于static状态时，才允许触发事件发生。断路器检测流水线的运动过程和逻辑控制较为复杂，将设备运行状态的触发条件按照条件1、条件2、条件3等进行依次编号，如图4所示，当条件1满足时，执行相应的动作1，直至动作完成，设备模型再次处于static状态。依次类推，当其他触发条件得到满足时，设备模型将按照流程完成其他相应的运动，执行与之对应的动作，结束以后再次处于static状态。

当断路器处于某一特定的检测单元进行检测操作时，断路器本体需要与本单元中相应的操作机构发生随动关系，可以通过断路器本体与相应操作机构的层级关系建模来完成。当断路器正在某一特定单元进行检测操作时，即成为该检测单元中操作机构的子对象，相应的操作机构运动时，断路器发生跟随运动。当断路器不进行检测操作时，解除断路器和操作机构的层级关系。

此外，为了保证系统运行的稳定性，在断路器跟随气缸移动时，取消对断路器施加的重力，并冻结断路器的旋转和位移。

自动移印单元中的升降气缸被触发时，需要带动断路器上升，进行移印操作，动作完成之后，升降气缸带动断路器下降。升降气缸开始上升直到下降完成的阶段，断路器一直作为升降气缸的子对象，跟随升降气缸移动，实现机械设备托举断路器的功能。

通断耐压单元中的通断检测机构将12个断路器夹取，侧向翻转进行检测。通断检测机构翻转时，断路器作为机构的子对象跟随父对象翻转。检测完成之后，解除机构和断路器的父子关系，断路器回到传送带。

(3)模型动力学运动和机械设备运动的协调控制由触发器完成，通过触发器模拟真实物理车间中通过传感器对断路器进行测量和定位的效果。

具体为，触发器是碰撞检测的另一种方式，模拟真实物理车间中通过传感器对断路器进行测量和定位的效果。触发器是具有触发作用的碰撞体，只具备检测功能，不具备碰撞功能。检测车间发送的数据信息包括模型驱动信息和非模型驱动信息，模型驱动信息被传递到断路器检测流水线的数字孪生模型，用来驱动三维模型的运动。当断路器接触到触发器时，进行触发器的碰撞检测，判断下一步设备执行的诸多条件是否满足，如果满足触发条件，机械设备执行运动动作；如果不满足触发条件，此时断路器已经进入触发器，触发器仍在循环进行碰撞检测，等待所有触发条件满足，执行设备动作。

在断路器自动化检测流水线中，检测工序一般是批量检测，因此触发器开始碰撞检测时，需要判断机械设备状态、出口无堆积断路器、机械设备是否处于指定状态、判断断路器是否二次记录、计数等多个触发条件是否满足，执行机械设备动作，如图5所示。

在断路器扫码单元中，推料气缸的动作需要满足一系列触发条件，包括设备接收状态正常、出口无断路器堆积、扫码设备处于静止状态、记录12个不同断路器等，所有条件同时满足以后才会触发推料气缸动作。自动延时单元的分料气缸触发条件包括：检测经过设备接收状态正常、出口无断路器堆积、分料气缸处于静止状态、记录不足48个不同断路器等步骤，才会执行分料气缸动作。因此触发器的检测功能对断路器检测线的正常运行有至关重要的作用。

(4)多个设备之间的协调运动控制是串联或者并联关系的多个设备来共同完成的，实现对断路器的某一项保护特性检测。

具体为，如图6所示，断路器触发机械设备1和机械设备2的动作，两个设备完成运动之后，需要发送动作完成信号给机械设备3，机械设备3接收信号，并处于静止状态，才会执行运动动作，依次类推。设备1和设备3、设备2和设备3都属于串联关系，先后运动；设备1和设备2同时被断路器触发运动，属于并联关系。

激光打标单元中的转盘机构和推料机构属于串联关系，先后执行运动动作。转盘机构在带动断路器旋转到指定位置之后，转盘机构发送完成信号给推料气缸，此时推料气缸处于静止状态，接收动作响应之后执行推料动作。

多极拼装单元的拼装流程如图7所示。拼装机械手在运行时，进料轨道中的推料气缸推动两个断路器到指定位置，进而依靠拼装机械手完成夹取拼装。在进行夹取拼装时，拼装轨道中的翻转机构会停止供料，待多极断路器拼装完成之后，翻转机构将保持检测等待状态，待检测到有待拼装的断路器时，继而进而下一循环的拼装动作。拼装机械手、翻转机构和推料气缸这三个机械设备为并联关系，同时执行运动动作。

多极拼装单元根据订单需求决定是否进行多极拼装，多极断路器在后续的断路器检测流水线检测工序中，几何尺寸和几何形状相同，但在断路器检测流水线中所处的位置发生变化。因此，为了保证多极断路器运行的稳定性，同时减少内存消耗，创建一个多极断路器预设体，对多极断路器预设体进行一定数量的实例化，如图8所示。先在场景中实例一定数量的断路器并隐藏，将其放进资源池，当特定位置需要产生新的多极断路器时，多极断路器显示并参与之后的检测动作，当所有检测完成后，多极断路器隐藏并回收到资源池，以便下次使用。如此反复利用，可以避免频繁实例化和销毁带来的资源消耗。

在本发明实施例中，断路器自动化检测流水线的数字孪生模型建立以后，需要进行场景优化，以提高模型的真实感和立体感。即对数字孪生场景进行全局光照技术优化渲染，设置灯光参数，烘焙断路器自动化检测流水线场景，这种渲染方式可以提升光影效果。

此外，为了实现更为真实的渲染效果，通过在每一个检测设备模块周围添加多个光照探头，呈现包裹状态，再次对场景进行烘焙，能够实现强烈真实的光影效果。光照探头数量越多，渲染效果越好，但消耗计算资源较多。采用static技术可以一定程度提升渲染计算效率，可以在烘焙场景前，将静止不动的设备设为静态物体，使计算机运行时不渲染这些静态物体，从而提升计算机渲染效率。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明以断路器自动化检测流水线的实体基础数据来构建三维模型，并以断路器检测流水线实际的生产过程来进行动作控制，从而在模型的几何尺寸、外观、物理属性、动力学特性、运动逻辑等方面具备与真实物理装备的完全映射和表达，通过检测流水线真实物理设备的信息融合和交互，实现流水线生产数据集中管理，并能对检测流水线进行远程可视化运行、管理和维护，为小型断路器的数字化制造提供基础平台。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取断路器检测流水线各检测工序所对应的各机械设备几何尺寸及几何形状进行三维建模，得到所述断路器检测流水线中各机械设备的三维数字化模型；

步骤S2、根据所述断路器检测流水线的实际生产工艺和动作状态，对各机械设备进行层级关系建模，得到各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型；

步骤S3、对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化；

步骤S4、根据所述断路器检测流水线实际的生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹；

步骤S5、结合所述断路器检测流水线的实际动作逻辑以及动作之间的配合关系，对各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹进行编辑；

步骤S6、对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制，并进一步引入数字孪生场景中进行运动仿真，实现与所述断路器检测流水线虚拟同步运动；

所述步骤S4中的“根据所述断路器检测流水线实际的生产过程，对各机械设备进行动作设计，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹”具体包括以下步骤：

将各机械设备在实际生产过程中的动作均划分为多段运动轨迹；

确定各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序；

根据各机械设备所划分的多段运动轨迹的先后顺序，在各机械设备各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，确定出各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型，并记录各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置；

将所记录的各机械设备上各段运动轨迹的最高层级模型的初始位置及结束位置均作为关键帧，并将记录的同一机械设备所有的关键帧均按照相应划分的多段运动轨迹的先后顺序依序进行组合，得到各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹。

2.如权利要求1所述的实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

对所述数字孪生场景进行全局光照技术优化渲染。

3.如权利要求1所述的实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述步骤S2中的“各机械设备进行层级关系建模”均是将同一机械设备有物理连接且运动轨迹相同的模型组合成为运动层级，或通过链接方式将运动层级之间有物理连接但运动轨迹不同的低层级模型关联成高层级模型的子对象来建立运动关联。

4.如权利要求1所述的实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述步骤S3中的“对各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型均进行网格优化”均是通过减少各机械设备层级关系建模后的三维数字化模型中所包含多边形的顶点数和面片数来实现的。

5.如权利要求1所述的实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述步骤S5中的“对各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上的机械动作轨迹进行编辑”具体为：

在各机械设备在其各自网格优化层级关系建模的三维数字化模型上，将参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成待控制的动作片段，用以通过后期脚本编程对断路器的运动进行控制；以及

将不参与断路器运动的运动轨迹截取出来并编辑成播放的动作片段，用以后期对所述断路器自动化检测流水线仿真运行时播放，形成完整流畅的运动过程。

6.如权利要求1所述的实现断路器自动化检测流水线的数字孪生建模的方法，其特征在于，所述步骤S6中的“对运动轨迹编辑后的各机械设备的三维数字化模型进行运动控制”具体包括模型的动力学控制、机械设备动作的运动控制、模型动力学运动和机械设备运动的协调控制以及多个设备之间的协调运动控制；其中，

所述模型的动力学控制是断路器在所述数字孪生场景中的运动控制，通过碰撞检测来实现断路器运动控制；

所述机械设备动作的运动控制是对每个断路器检测工序所对应的各机械设备进行状态建模；其中，所述状态建模是依据动作编辑完成的；

所述模型动力学运动和机械设备运动的协调控制由触发器完成，通过触发器模拟真实物理车间中通过传感器对断路器进行测量和定位的效果；

所述多个设备之间的协调运动控制是串联或者并联关系的多个设备来共同完成的，实现对断路器的某一项保护特性检测。

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