CN110989506A - 一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，包括断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元、车间孪生数据中心和断路器装配车间服务管理单元；断路器自动化装配物理车间管理单元进行场景对象分析、传感器网络配置和作动响应；断路器装配孪生虚拟车间管理单元进行虚拟几何场景构建和数据动作响应控制；车间孪生数据中心存储孪生数据；断路器装配车间服务管理单元进行联网通信和孪生数据构建及物理车间管理单元管理及监控。实施本发明，对断路器自动化装配车间的生产要素、车间活动计划和车间生产过程等要素实现智能化和可视化管理，实现对物理实体车间的自动控制、参数可视化以及实时状态监控。

Description

一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台
技术领域
本发明涉及断路器装配技术领域，尤其涉及一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台。
背景技术
小型断路器广泛应用于工业、民用等终端配用电场合，是保护终端配用电系统安全的重要元件，其每年的产量高达数十亿只，产量巨大。由于制造水平上的限制，导致我国低压电器制造企业在车间管理、生产线执行效率以及运行维护水平上，与国外先进水平差距较大。
目前，国产小型断路器的装配流程正在逐步推行自动化生产，但自动化水平仍然较低，并且车间数字化管理手段缺乏，生产要素管理、车间活动计划以及车间生产过程等缺乏综合化数字管理平台，导致断路器生产过程可视性差、生产速率低、产线运维成本高昂。随着计算机和数字化技术的发展，对传统断路器制造车间进行数字化改造，通过数字化方法开展断路器制造车间的生产要素管理、生产过程控制和设备运行状态运维，已经成为新的发展方向。
因此，亟需一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，能够实时、连续地对实际物理车间进行管理和交互操作，对断路器自动化装配车间的生产要素、车间活动计划和车间生产过程等要素实现智能化和可视化管理，实现对物理实体车间的自动控制、参数可视化以及实时状态监控，大幅提升断路器制造车间的生产管理水平，提高产品品质，降低企业运行成本。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，能够实时、连续地对实际物理车间进行管理和交互操作，对断路器自动化装配车间的生产要素、车间活动计划和车间生产过程等要素实现智能化和可视化管理，实现对物理实体车间的自动控制、参数可视化以及实时状态监控，大幅提升断路器制造车间的生产管理水平，提高产品品质，降低企业运行成本。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，包括断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元、车间孪生数据中心和断路器装配车间服务管理单元；其中
所述断路器自动化装配物理车间管理单元，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据，并采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输，以及根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理；
所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现，且进一步待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制；
所述车间孪生数据中心，用于存储来自所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据；
所述断路器装配车间服务管理单元，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信，并对所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计，以及实现对所述断路器自动化装配物理车间管理单元的管理及监控。
其中，所述断路器自动化装配物理车间管理单元包括：
场景对象分析模块，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据；
传感器设置模块，用于采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输；
作动响应机理形成模块，用于根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理。
其中，所述真实物理断路器自动装配车间中各对象包括采集生产线信息的传感器系统、装配断路器相关工作人员、车间物理环境、PLC系统、生产设备以及物理车间厂房。
其中，所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元包括：
虚拟几何场景构建模块，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现；
数据作动响应模块，用于待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制。
其中，所述车间孪生数据中心存储分别来自所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据包括断路器零部件自动化装配的状态信息数据、流水线传感数据、车间资源数据、命令数据和断路器自动化装配设备的运行状态数据。
其中，所述断路器装配车间服务管理单元包括：
通信控制模块，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信；
数据构建模块，用于对所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计；
管理及控制模块，用于实现对所述真实物理断路器自动装配车间中相关生成数据进行管理和监控，并提供相应的决策服务。
其中，所述数据构建模块中孪生数据的数据结构采用数据结构树，并构建出数据的节点、分支、支干及其对应的相关参数；所述数据构建模块中孪生数据的数据操作包括描述在数据结构上的操作类型和操作方式；所述数据构建模块中孪生数据的数据约束包括数据内数据间的语法、联系、制约和依存关系。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过数字孪生技术建立对断路器制造车间进行数字化综合管理平台，用数字化方式对物理实体车间进行孪生建模，同时综合运用孪生模型驱动、孪生数据管理、孪生车间服务系统开发等内容，使断路器自动化装配车间与孪生车间相互关联，操作人员通过数字孪生车间，能够实时、连续地对实际物理车间进行管理和交互操作，对断路器自动化装配车间的生产要素、车间活动计划和车间生产过程等要素实现智能化和可视化管理，实现对物理实体车间的自动控制、参数可视化以及实时状态监控，大幅提升断路器制造车间的生产管理水平，提高产品品质，降低企业运行成本。
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断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台的系统框图；
图2为图1中断路器自动化装配物理车间管理单元的结构示意图；
图3为图1中断路器装配孪生虚拟车间管理单元的结构示意图；
图4为图1中断路器装配车间服务管理单元的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台中断路器装配孪生虚拟车间管理单元应用于断路器装配主线时上，该断路器装配主线的实际工作原理图；
图6为图5中断路器装配主线构建数字孪生车间模型的流程图。
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，提供的一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，包括断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元、车间孪生数据中心和断路器装配车间服务管理单元；其中
断路器自动化装配物理车间管理单元，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据，并采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输，以及根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理；
断路器装配孪生虚拟车间管理单元，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现，且进一步待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制；
车间孪生数据中心，用于存储来自断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据；
断路器装配车间服务管理单元，用于与断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信，并对断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计，以及实现对所述断路器自动化装配物理车间管理单元的管理及监控。
在本发明实施例中，如图2所示，断路器自动化装配物理车间管理单元包括：
场景对象分析模块110，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据；
传感器设置模块120，用于采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输；
作动响应机理形成模块130，用于根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理。
应当说明的是，断路器自动化装配物理车间管理单元在满足断路器基本装配要求的前提下，实现场景对象分析、传感器网络的配置和作动响应等功能。因此，在场景对象分析模块110中，首先将真实断路器装配生产线中各对象(例如采集生产线信息的传感器系统、装配断路器相关工作人员、车间物理环境、 PLC系统、生产设备以及物理车间厂房等)进行统计、命名、分组、标记和其他工作，以便于虚拟断路器装配车间管理单元对虚拟几何场景的搭建和其他后续工作；在传感器设置模块120中，采用传感器网络，实现将物理断路器自动装配车间对象的物理信号转变为电信号，以服务于孪生数据、孪生虚拟实体等。该研究过程包括传感器的种类、个数、方位和其他相关因素，搭建出传感器网络，实现数据的采集和传输；在作动响应机理形成模块130中，根据真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，通过在装配机械设备的装配基座与装配爪手之间建立父子嵌套的关系，建立装配对象、装配方式、装配条件、装配内容和装配失败反馈等功能来形成作动响应机理。
在本发明实施例中，如图3所示，断路器装配孪生虚拟车间管理单元包括：
虚拟几何场景构建模块210，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现；
数据作动响应模块220，用于待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制。
应当说明的是，断路器装配孪生虚拟车间管理单元是物理车间实体在虚拟世界的映射，可以实现对真实物理断路器自动装配车间的可视化、车间运行状态监测、轨迹碰撞检测、逻辑判断、生产排产仿真验算等功能，即可以与实际车间进行虚拟映射和孪生数据的驱动控制。因此，在虚拟几何场景构建模块210 中，首先针对场景对象分析模块110中各对象的命名、标签和分组情况等等因素形成模型数据，构建出虚拟几何场景，然后通过对象建模方法、传感器信息、作动响应机制和其他功能模块的设计，将断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现；在数据作动响应模块220中，通过PLC、RFID等接口与断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，针对来自断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理和断路器装配车间服务管理单元的数据，制定对应的数据作动响应机制，以完成对虚拟车间的装配机械设备的动作控制。
在本发明实施例中，车间孪生数据中心存储分别来自断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据包括断路器零部件自动化装配的状态信息数据、流水线传感数据、车间资源数据、命令数据和断路器自动化装配设备的运行状态数据。该车间孪生数据中心对这些数据进行存储、分析和处理，提供给断路器装配车间服务管理单元进行决策支持，包括历史数据和实时数据，可以驱动虚拟孪生车间机械设备装配断路器的位姿变迁，转化为车间断路器装配流水线三维模型多层次和多维度的动态连续展示。
在本发明实施例中，如图4所示，断路器装配车间服务管理单元包括：
通信控制模块310，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信；
数据构建模块320，用于对所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计；
管理及控制模块330，用于实现对所述真实物理断路器自动装配车间中相关生成数据进行管理和监控，并提供相应的决策服务。
应当说明的是，断路器装配车间服务管理单元作为数字孪生车间的控制接口，可以实现对断路器数据订单、设备几何逻辑控制、制造管理和各个装配单元信息的管理和展示，对断路器装配生产线的车间状态、单元合格率、不合格量、工件装配进度等信息进行监控和管理，提高车间运行管理水平，提升生产效率，降低企业运行成本。因此，在通信控制模块310中，分别需要为断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心和相关网络组件进行联网通信，由此需要为孪生数据通信原理进行构建选择，主要采用TCP协议，并需要经过服务器、客户端、IP地址和端口号等内容进行通信模块的构建；在数据构建模块320中，孪生数据是整个物理信息系统的核心，需要分别需要对数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计，此时数据结构采用数据结构树，并构建出数据的节点、分支、支干及其对应的相关参数；数据操作包括描述在数据结构上的操作类型和操作方式，例如数据的读写约束、公私有类型等；数据约束包括数据内数据间的语法、联系、制约和依存关系；在管理及控制模块330中，对真实物理断路器自动装配车间中相关生成数据，包括断路器自动化装配生产数据、产品合格率、订单完成情况、设备运行状态、生产任务排产等进行处理，并提供相关设备维护、生产任务计划等方面的决策服务。
在本发明实施例中，以断路器装配主线构建虚拟车间孪生体为例，说明断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台中断路器装配孪生虚拟车间管理单元的虚拟几何场景构建模块210的应用以及虚拟车间孪生体在断路器装配车间服务管理单元的应用，具体如下：
第一步、构建虚拟车间孪生体：
如图5所示，为断路器装配主线的实际工作原理图。断路器自动化装配生产流程为流水线生产，该断路器装配主线包括9个生产模块，共13道基本生产工序，基本装配生产工序为：放置外壳、手柄/扭簧装配、磁系统装配、磁轭装配、热系统装配、磁轭装配、飞丝装配、跳扣装配、大U装配、小U装配、灭弧室装配、自动检测、自动合盖。每个单元包含一个或多个零件配合单元，而零件配合单元又包含若干零件上料单元以及对应的装配单元，其中，零件配合单元、零件上料单元以及对应的装配单元均为断路器装配生产线上的机械装配设备。
断路器自动化装配生产线轨道在外壳单元和飞丝单元分为平行左右两道，其他单元均为上下两层，整个断路器装配生产线中，装配主体放置在载具上通过生产线轨道运转完成一系列装配动作，载具通过载具回流模块在生产线轨道中循环使用，其中载具回流分为上、下两部分，分别实现载具在上下生产线轨道之间的运转。生产线中，在完成手柄/扭簧、磁系统等部件装配之前，需完成对应零部件的配合组装。各对应零部件的上料以及后续的装配动作由机械设备自动完成。
如图6所示，为断路器自动化装配数字孪生车间模型构建的步骤。首先收集断路器真实装配生产线的相关信息，包括实际车间的布局信息，每道生产工序分别对应的机械设备的几何尺寸、物理结构关系、设备的运动特性和运动姿态等，以及各个装配气缸之间的协同运动逻辑关系。根据收集到的断路器装配生产线的相关信息进行模型的基本构建，构建所述断路器装配生产线的数字孪生几何模型，包括车间机械装配设备的运行逻辑表达、装配人员的装配动作、断路器零部件细节、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，AGV)和各级装配机械设备等，建立虚拟断路器装配车间的模型对象库，以便虚拟断路器装配车间数字孪生系统的调用。因此断路器生产车间数字孪生模型统一描述为：
MDWS＝MDequip∪MDprod∪MDpers∪MDenv，
式中：MDWS为断路器生产车间数字孪生模型，MDequip为断路器装配机械设备数字孪生模型，MDprod为断路器数字孪生模型，MDpers为装配人员数字孪生模型， MDenv为环境孪生模型。
对构建的断路器装配生产线的数字孪生几何模型进行分析时，首先根据设备的层级结构进行层级关系建模，将各个机械设备分为单个的整体，对照相应的机械设备的运动逻辑在各个整体之间建立一定的父子嵌套关系，通过描述子节点在父节点坐标系中的姿态进行位姿的依次组合，在虚拟断路器装配车间表现为根据物理断路器装配车间资源在厂房中的分配，最终建立虚拟车间三维场景。由于该系统中断路器本身以及装配断路器的各级机械设备的零部件众多，并且其纹理复杂，零部件彼此之间存在较多约束关系，会加剧计算机计算负荷。因此，本发明对模型对象库中建立层级关系的几何模型进行优化处理，以减少面片数和顶点数，包括模型纹理优化和网格面片优化。
各级装配机械设备在进行断路器装配生产时，根据实际物理设备的动力学运动姿态和设备相互之间的行为关系，在各个模型之间建立多层次和多粒度的父子嵌套关系，在父节点和子节点之间创立一定的平移变换关系，设计出断路器装配生产线各个机械设备的运动逻辑模型，实现断路器自动化装配过程中相应的机械运动规则约束，与断路器装配生产线的实体活动相对应，包括断路器的形状和位置、断路器零部件的状态以及装配断路器的机械设备的动作等。在断路器装配孪生车间中，设定断路器进出工位，以触发不同的装配动作命令，同时，孪生数据中心发送的实时数据对虚拟机械设备实现动作驱动控制，包括每道生产装配工序对应的机械设备独立运动，以及设备相互之间的协调运动关系。例如，装配机械手臂的加工行为、故障行为、协作行为等，实现所述断路器装配生产线模型的高度拟真化驱动，完成断路器自动化装配虚拟车间数字化模型的构建。
第二步、虚拟车间孪生体的管理及控制
在断路器装配车间服务管理单元中，通过绘制底层框图界面，将实时数据展示的界面分为两部分，一部分界面是常显的车间运营情况界面，另一部分是通过人机交互的方式可显示、也可隐藏的单元装配运营情况界面。其中，综合性的车间运营情况会在界面常显保留，车间中的异常信息(待机、暂停、故障) 和单元装配运营情况会以警告弹窗和红灯警示的方式显示出来。通过自定义的变量和系统自定义的封装函数来获取虚拟车间运行时屏幕的几何尺寸数据信息，并通过计算获取比例，将比例值赋予自定义的屏幕数据，来达到用户界面自适应屏幕尺寸的功能。
通过在预设的主相机组件上添加控制代码来实现监控视角的变换，从而实现对断路器自动化装配生产线多角度的三维实时监控。使用函数获取集合中指定索引处的键，实现使用鼠标、键盘和断路器装配数字孪生车间进行交互的功能，用户可以通过按下键盘W、S、A、D键在系统场景中前进、后退、左移、右移；按下键盘的Esc键时退出操作系统；按下键盘空格键和Ctrl键时使视角上升或下移；滑动鼠标中键可以实现视野的放大或缩小；点击鼠标右键可以实现视野的旋转；使用鼠标左键点击添加了碰撞检测的断路器装配线产线的箱体，可实现箱体的选中，并实时对该箱体工作站的状态信息进行观测。用户可以根据自身需求进行相应的交互操作。
对断路器装配生产线模型添加碰撞检测箱体，进行边缘高亮处理，当孪生车间中的虚拟设备处于不同运行状态时，通过不同信号进行实际物理设备运行状态的展示。当设备信号状态正常时，箱体蓝色高亮，设备信号状态为暂停或待机时，箱体黄色高亮，设备信号状态为故障时，箱体红色高亮。断路器自动化装配数字孪生车间投入运营后，真实的断路器自动装配生产线通过传感器网络采集信息，将车间信息发送给孪生数据中心进行信息增值处理，解析完成以后传递给数字孪生车间服务系统，车间服务系统对孪生数据系统读取的信号进行进一步的消息处理，得到断路器的装配进度、装配指标、断路器状态和单元故障信号等信息，当设备信号状态正常时，断路器孪生装配生产线持续驱动，箱体顶部蓝色信号灯常亮，用户可以通过点击鼠标左键使某个箱体蓝色高亮，此时显示该箱体对应单元的相关运行状态信息，包括该单元状态、生产进度、产品合格率和不合格数量等数据。在此操作过程中，系统运行视角不受影响。主要实现方法是：给每一个箱体的前方放置一个关闭状态的定位相机，用来给系统主相机定位，通过给主相机添加控制移动代码，可以控制相机在坐标系中的位置移动。
当系统某个单元接收到不正常信号(待机、暂停、故障)时，该单元设备驱动停止，通过更改主相机方位和视角属性的参数，使其跳转到对应箱体前方的定位相机，从而视角自动切换至故障状态单元，精准定位，并且对应箱体边缘高亮，直到故障信号恢复正常，边缘高亮消失。这样的故障定位操作，可以便利车间管理人员对断路器自动装配生产线的运维、设备检修和状态检测等，能够及时发现和解决问题，提高车间管理效率。
当操作人员与断路器自动化装配数字孪生车间无交互操作时，系统以操作人员视角对整个孪生车间以及每一个装配单元进行屏保式漫游浏览。本发明实现的三维漫游具体内容为：当用户与断路器自动化装配数字孪生车间在120秒内无交互操作时，系统会自动进入漫游状态。在漫游状态中，镜头以预先设置的固定路径和视角运行，其设置方式为：首先，对断路器自动化装配数字孪生车间进行全景特写，然后，镜头切换至单台的虚拟装配设备，对每一个装配单元进行逐一特写，依次浏览，循环往复，直到用户与孪生车间发生交互操作，退出漫游状态。在漫游过程中，如果出现故障非正常运行时，视角自动切换至故障单元，直至该单元恢复正常状态。
为了实现对每一个装配单元依次浏览的功能，一共使用十个特写视角，调整第一个视角为整个断路器虚拟装配生产线，其余视角为每个箱体的正前方，进行每个箱体内部断路器自动化装配动作细节的特写。将所有的特写视角拖进同一个分组，当系统漫游开启时，使用对象显现函数使系统的主相机关闭，然后通过增加函数和对象显现函数，依次打开分组里的单元特写视角，实现依次浏览，循环往复。当系统漫游关闭时，打开主相机，关闭分组里的所有特写视角。
通过以上步骤，可以完成小型断路器自动化装配数字孪生车间的构建。本发明面向断路器自动化装配生产线车间的发展需求，分析了断路器自动化装配生产车间与数字孪生车间的关系，设计了基于数字孪生技术的小型断路器自动化装配数字孪生车间的方法，实现了实时虚拟再现断路器自动化装配过程中各设备单元的真实动作逻辑，通过鼠标、键盘和触摸屏等方式，可以与数字孪生车间进行人机交互，直观观测车间运营情况以及实际车间的设备运行状态和生产数据。孪生车间长时间无人操作时，系统自动进入三维漫游状态，动态、实时地展示实际物理车间的运行情况。通过以上发明步骤和方法，解决了断路器自动化装配过程中因环节众多、流程复杂而产生的作业管控受限的问题，提高了车间运行的透明程度，提升了断路器自动化装配生产车间的操作实时性、可视性以及交互性，车间运行和管理水平得到进一步增强。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明通过数字孪生技术建立对断路器制造车间进行数字化综合管理平台，用数字化方式对物理实体车间进行孪生建模，同时综合运用孪生模型驱动、孪生数据管理、孪生车间服务系统开发等内容，使断路器自动化装配车间与孪生车间相互关联，操作人员通过数字孪生车间，能够实时、连续地对实际物理车间进行管理和交互操作，对断路器自动化装配车间的生产要素、车间活动计划和车间生产过程等要素实现智能化和可视化管理，实现对物理实体车间的自动控制、参数可视化以及实时状态监控，大幅提升断路器制造车间的生产管理水平，提高产品品质，降低企业运行成本。
值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
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 (7)

1.一种断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，包括断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元、车间孪生数据中心和断路器装配车间服务管理单元；其中
所述断路器自动化装配物理车间管理单元，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据，并采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输，以及根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理；
所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现，且进一步待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制；
所述车间孪生数据中心，用于存储来自所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据；
所述断路器装配车间服务管理单元，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信，并对所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计，以及实现对所述断路器自动化装配物理车间管理单元的管理及监控。
2.如权利要求1所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述断路器自动化装配物理车间管理单元包括：
场景对象分析模块，用于将真实物理断路器自动装配车间中各对象进行场景分析，形成所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元构建所需的模型数据；
传感器设置模块，用于采用传感器网络将所述真实物理断路器自动装配车间中各对象的物理信号转变为电信号来实现数据采集和传输；
作动响应机理形成模块，用于根据所述真实物理断路器自动装配车间中各装配机械设备的装配关系，建立各装配机械设备间的父子嵌套关系来形成作动响应机理。
3.如权利要求2所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述真实物理断路器自动装配车间中各对象包括采集生产线信息的传感器系统、装配断路器相关工作人员、车间物理环境、PLC系统、生产设备以及物理车间厂房。
4.如权利要求1所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元包括：
虚拟几何场景构建模块，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元实时通讯，接收所述断路器自动化装配物理车间管理单元的模型数据和传感器网络采集的数据，构建出虚拟几何场景，并将所述断路器自动化装配物理车间管理单元的所有装配动作在虚拟场景中实时同步再现；
数据作动响应模块，用于待接收所述断路器装配车间服务管理单元的数据后，与所述断路器自动化装配物理车间管理单元的作动响应机理相结合，制定对应的数据作动响应机制，用以实现虚拟几何场景中装配机械设备的动作控制。
5.如权利要求1所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述车间孪生数据中心存储分别来自所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元以及断路器装配车间服务管理单元的数据包括断路器零部件自动化装配的状态信息数据、流水线传感数据、车间资源数据、命令数据和断路器自动化装配设备的运行状态数据。
6.如权利要求1所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述断路器装配车间服务管理单元包括：
通信控制模块，用于与所述断路器自动化装配物理车间管理单元、断路器装配孪生虚拟车间管理单元及车间孪生数据中心联网通信；
数据构建模块，用于对所述断路器装配孪生虚拟车间管理单元中的孪生数据的数据结构、数据操作和数据约束进行设计；
管理及控制模块，用于实现对所述真实物理断路器自动装配车间中相关生成数据进行管理和监控，并提供相应的决策服务。
7.如权利要求6所述的断路器自动化装配数字孪生车间的管理平台，其特征在于，所述数据构建模块中孪生数据的数据结构采用数据结构树，并构建出数据的节点、分支、支干及其对应的相关参数；所述数据构建模块中孪生数据的数据操作包括描述在数据结构上的操作类型和操作方式；所述数据构建模块中孪生数据的数据约束包括数据内数据间的语法、联系、制约和依存关系。
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