CN112084646A - 一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 - Google Patents
一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112084646A CN112084646A CN202010914812.2A CN202010914812A CN112084646A CN 112084646 A CN112084646 A CN 112084646A CN 202010914812 A CN202010914812 A CN 202010914812A CN 112084646 A CN112084646 A CN 112084646A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- model
- customization
- production
- product
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000013439 planning Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 35
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 14
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 12
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- -1 suppliers Substances 0.000 claims description 3
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000002922 simulated annealing Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q30/00—Commerce
- G06Q30/06—Buying, selling or leasing transactions
- G06Q30/0601—Electronic shopping [e-shopping]
- G06Q30/0621—Item configuration or customization
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06313—Resource planning in a project environment
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06315—Needs-based resource requirements planning or analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/04—Manufacturing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Marketing (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Accounting & Taxation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Finance (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- General Factory Administration (AREA)
Abstract
一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，首先构建物理空间、虚拟空间及企业操作系统，而后根据实时获取物理空间、虚拟空间及企业操作系统的孪生数据确定企业定制产品的模块规划，依次对企业定制产品的模块规划进行性能仿真分析验证，若性能仿真分析验证不合格，则更新模块直至性能仿真分析验证合格，待性能仿真分析验证合格后，再在实体空间中进行模块化产品生产装配；能在定制之初考虑整个生产过程，并仿真验证整个定制生产过程的可行性、合理性，减少因为定制过程考虑不周导致生产过程出现差错而延误定制产品的交付。
Description
技术领域
本发明涉及面向产品定制技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的模块化产品定制方法。
背景技术
企业基于模块化进行产品的开发设计能够在提供更多种类产品的同时尽可能地提高模块的生产批量以达到控制成本的目的。随着用户个性化需求的日益提高，市场的变化也愈加迅速，因此企业除了要根据已有模块进行定制，搭配得到客户满意的个性化的产品外，还需要保证现有的模块能够不断适应市场进行变更。若不及时对现有的模块组合进行更新，即使通过模块间相互搭配也难以一直定制出用户满意的模块。老旧的模块虽然在稳定性上能够得到保证，但是新鲜感与性能等诸多方面也会慢慢落后于时代的发展。
模块化企业间的竞争也因此愈发激烈，定制产品的个性化满足程度与产品个性化定制时效两个方面已成为模块化企业关注的重点。因此企业迫切需要一种能够及时获取市场反馈、接收用户需求，并掌握企业内部各产品、模块、零件、车间、工作人员等各项实时状态信息的模块化产品定制系统，它能根据企业当前状态制定合适的定制策略以实时快速定制满足用户个性化需求的产品。数字孪生能够依托各种传感器完成对物理空间实体的实时监控，并将数据实时反馈到虚拟空间中进行仿真优化，通过仿真优化得到的数据反作用于物理实体达到实时调整的目的，因此如何将数字孪生应用至模块化产品定制已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，首先构建物理空间、虚拟空间及企业操作系统，而后根据实时获取物理空间、虚拟空间及企业操作系统的孪生数据确定企业定制产品的模块规划，依次对企业定制产品的模块规划进行性能仿真分析验证，若性能仿真分析验证不合格，则更新模块直至性能仿真分析验证合格，待性能仿真分析验证合格后，再在实体空间中进行模块化产品生产装配，具体步骤如下：
一)获取实时的孪生数据
物理空间实时监测获取包括原材料、供应商、产品、模块、零件、设备、工作人员、用户等在内的物理实体动态信息，通过RFID、二维码等识别技术实现对原材料、模块、零件等物理实体出入库信息的自动识别与更新，架设多源传感器收集生产过程中零件、模块、工作人员的位置、状态、加工进程等信息，通过传感器获取向供应商所进货物的位置数据，预测货物的进库时间，通过用户反馈平台收集用户对产品的评价与需求信息，如定制周期、尺寸要求、性能要求等；所采集的信息经过数据处理模块实时处理后反馈至虚拟空间，以完成虚拟模型的实时更新；
虚拟空间提供虚拟模型包括属性模型、关系模型、生命周期阶段模型、参数化三维模型、参数化仿真模型、模块规划模型、生产调度模型、售价预测模型、配置模型及可视化生产车间模型，通过虚拟模型构建企业数字孪生体，并作为相关约束条件参与虚拟空间的优化决策；
企业操作系统用于实现人机交互，管理控制与定制相关的各种任务，同时将各类数据呈现，它既是物理空间实体的控制器也是虚拟空间的控制器，物理空间与虚拟空间的信息交互需要经由企业操作系统完成，包括：MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块及模块化产品定制系统，且模块化产品定制系统与MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块连接，在整个产品定制过程中，实时与其它系统模块进行数据的交互，不断更新定制过程需要的相关数据；
二)确定模块化产品定制策略并对模块化产品定制策略进行性能仿真分析验证
步骤1，企业定制产品的模块规划
构建模块规划模型，包括如下子步骤：
步骤1-1，基于当前用户对产品功能的需求、用户使用过程中对模块拆卸便利程度的需求，及产品内部零件间的关联强度等多方面考虑，并为各方面制定定量化的考量标准；
步骤1-2，在所制定的定量化考量标准基础上构建用于模块划分的多个目标函数，便于计算机进行方案寻优；
步骤1-3，采用诸如遗传算法、模拟退火算法等多目标优化算法对目标函数进行优化，得到较佳的模块划分方案；
步骤1-4，设置相关模块划分评价指标，判断不同模块划分方案的优劣，获取最佳的模块规划模型；
步骤1-5，对模块规划模型接口进行优化，以提高模块接口类型与性能的兼容性，使模块组合更加灵活；
步骤2，构建生命周期阶段模型，其子步骤如下：
步骤2-1，确立生命周期阶段对象，针对生命周期不同阶段将划分得到的模块映射为不同形态，并为形态对象构建属性模型和各形态对象间的关系模型；
步骤2-2，构建属性模型，对物理实体设置属性条目，并根据实体的特征输入相应的数据，即定义物理实体的几何尺寸、性能参数、材料参数、加工工艺等，以实现对物理实体关键特征的提取与表达；
步骤2-3，构建关系模型，定义零件、模块间的组合、装配关系与规则，确立工作人员、设备、零件间的任务关系，以实现对工作人员、设备、零件间关系的表达；
步骤3，选取模块
根据步骤1)构建的企业定制产品模块规划和步骤2)构建的生命周期阶段模型，结合实时获取的客户需求数据，从现有模块中选择合适模块用于当前订单定制；
步骤4，新模块设计与变型设计
当步骤3)中没有满足需求的模块供选择时，则需进行模块变型设计或新模块设计，其进一步包括如下子步骤：
步骤4-1，模块功能不满意，全新设计能够实现该功能的模块；
步骤4-2，模块性能不满意，变型设计模块更改尺寸、材料使其符合性能需求；
步骤4-3，模块结构不满意，全新设计结构形式，满足其对模块结构、原理的偏好，如传动方式、连接方式等结构的喜好；
步骤4-4，模块外观不满意，对外观进行变更，改变造型、颜色等；
步骤5，性能仿真分析验证企业定制产品的可行性
对企业定制产品进行性能仿真分析验证，其进一步可分为如下子步骤：
步骤5-1，建立实体模块的三维模型，确定其结构参数、几何参数；
步骤5-2，按照各定制模块进行模块三维模型装配，得到各定制模块对应产品的三维模型；
步骤5-3，建立场景模型，确定定制产品使用场景的相关属性参数，如空间参数、尺寸参数、介质参数等；
步骤5-4，将产品模型与场景模型导入至ANSYS、Adams等仿真软件中，对各定制模块的力学性能、运动性能、散热性能等产品性能进行仿真验证；
步骤5-5，去除不能满足性能要求的方案集，并输出各可行方案与定制目标间的性能、尺寸等方面上的差距；
步骤6，生产计划制定与虚拟生产过程仿真
其进一步可分为如下子步骤：
步骤6-1，对生产过程实时监测，实时更新模块、零件、原材料库存数据以及当前的生产加工计划与进程数据；
步骤6-2，结合各零件加工特征、加工工序、加工设备、加工能耗、加工耗时以及操作人员间的关系，模块装配流程、装配机位、装配时长等信息间的关系，从全订单生产耗时最小、车间负载最均匀、生产耗能最小、订单迫切程度等方面进行综合评价以建立对生产调度过程进行调整的优化目标函数；
步骤6-3，建立设备与零件相关的约束条件，以保证虚拟空间生产模型的运行情况符合现实情况；
步骤6-4，根据步骤6-2)建立的优化目标函数，为定制模块制定生产调度计划，寻求与当前生产计划间的最高契合度；
步骤6-5，通过可视化生产车间模型，在虚拟空间对各定制方案对应的生产调度计划进行仿真运行，验证生产计划的可行性、合理性；
步骤6-6，获取定制方案对应的定制周期，并结合生产过程的难易程度、生产任务调整的损失以及模块、零件成本，在售价预测模型中初步预估各方案的售价；
步骤7，定制方案多角度评估
保持定制过程中用户的实时参与，同时将定制方案以三维模型的方式进行静态展示，以仿真模型的方式进行动态展示，并将各定制方案的预期周期、性能差距、预估售价等仿真结果反馈至用户，实时获取用户对各方面因素的偏重程度以及各方案的评价，综合分析选取最适合当前用户的定制方案，若当前定制方案集无用户满意的方案，则重复步骤3)～步骤7)，直至满意；
步骤8，模块更新与模块革新
根据步骤3)～步骤7)产品定制过程中获得的新模块，及企业对当前产品定制能力的多方面考虑，对模块进行更新或革新，企业将定制过程中产生的新模块、变型模块添加到现有模块集中，且基于数字孪生技术实时获取用户、市场、工作人员等的反馈数据，改进现有模块、设计新模块、淘汰低竞争力模块的过程，并对相应的属性模型、关系模型、三维模型等进行实时变更；
三)在实体空间中进行模块化产品生产装配
根据最终确立定制方案与制定的生产调度计划，在物理空间进行模块实体的加工与装配，得到完整的定制产品。
有益效果：
1、本发明能够实时获取用户、供应商、模块、零件、设备、工作人员等的状态与反馈信息，并提供属性模型、关系模型、生命周期阶段模型、仿真模型、调度模型等对实时数据进行调用，及时作出策略调整；能够支持定制过程中用户的深度参与，同时实时基于孪生数据对模块进行更新提高可持续定制能力；
2、本发明支持对定制过程耗时、定制产品售价的考虑，并能够实时根据当前库存情况、其它订单生产进度调整目标订单的配置方案，能在定制之初考虑整个生产过程，并仿真验证整个定制生产过程的可行性、合理性，减少因为定制过程考虑不周导致生产过程出现差错而延误定制产品的交付。
附图说明
图1为本发明实施例中的模块化产品定制构建示意图。
图2为本发明实施例中的模块化产品定制流程图。
图3为本发明实施例中的生产计划制定与虚拟生产过程仿真流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，首先构建物理空间、虚拟空间及企业操作系统，而后根据实时获取物理空间、虚拟空间及企业操作系统的孪生数据确定企业定制产品的模块规划，依次对企业定制产品的模块规划进行性能仿真分析验证，若性能仿真分析验证不合格，则更新模块直至性能仿真分析验证合格，待性能仿真分析验证合格后，再在实体空间中进行模块化产品生产装配，具体步骤如下：
一)获取实时的孪生数据
物理空间实时监测原材料、供应商、产品、模块、零件、设备、工作人员、用户等物理实体的动态信息，通过RFID、二维码等识别技术实现对原材料、模块、零件等物理实体出入库信息的自动识别与更新，架设多源传感器收集生产过程中零件、模块、工作人员的位置、状态、加工进程等信息，通过传感器获取向供应商所进货物的位置数据，预测货物的进库时间，通过用户反馈平台收集用户对产品的评价与需求信息，如定制周期、尺寸要求、性能要求等；所采集的信息经过数据处理模块实时处理后反馈至虚拟空间，以完成虚拟模型的实时更新；
虚拟空间提供虚拟模型包括属性模型、关系模型、生命周期阶段模型、参数化三维模型、参数化仿真模型、模块规划模型、生产调度模型、售价预测模型、配置模型及可视化生产车间模型，通过虚拟模型构建企业数字孪生体，并作为相关约束条件参与虚拟空间的优化决策；
企业操作系统用于实现人机交互，管理控制与定制相关的各种任务，同时将各类数据呈现，它既是物理空间实体的控制器也是虚拟空间的控制器，物理空间与虚拟空间的信息交互需要经由企业操作系统完成，包括：MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块及模块化产品定制系统，且模块化产品定制系统与MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块连接，在整个产品定制过程中，实时与其它系统模块进行数据的交互，不断更新定制过程需要的相关数据；
二)确定模块化产品定制策略并对模块化产品定制策略进行性能仿真分析验证
步骤1：企业定制产品的模块规划
构建模块规划模型，包括如下子步骤：
步骤1-1，基于当前用户对产品功能的需求、用户使用过程中对模块拆卸便利程度的需求，及产品内部零件间的关联强度等多方面考虑，并为各方面制定定量化的考量标准；
步骤1-2，在所制定的定量化考量标准基础上构建用于模块划分的多个目标函数，便于计算机进行方案寻优；
步骤1-3，采用诸如遗传算法、模拟退火算法等多目标优化算法对目标函数进行优化，得到较佳的模块划分方案；
步骤1-4，设置相关模块划分评价指标，判断不同模块划分方案的优劣，获取最佳的模块规划模型；
步骤1-5，对模块规划模型接口进行优化，以提高模块接口类型与性能的兼容性，使模块组合更加灵活；
步骤2，构建生命周期阶段模型，其子步骤如下：
步骤2-1，确立生命周期阶段对象，针对生命周期不同阶段将划分得到的模块映射为不同形态，并为形态对象构建属性模型和各形态对象间的关系模型；
步骤2-2，构建属性模型，对物理实体设置属性条目，并根据实体的特征输入相应的数据，即定义物理实体的几何尺寸、性能参数、材料参数、加工工艺等，以实现对物理实体关键特征的提取与表达；
步骤2-3，构建关系模型，定义零件、模块间的组合、装配关系与规则，确立工作人员、设备、零件间的任务关系，以实现对工作人员、设备、零件间的关系表达；
步骤3，选取模块
根据步骤1)构建的企业定制产品模块规划和步骤2)构建的生命周期阶段模型，结合实时获取的客户需求数据，从现有模块中选择合适模块用于当前订单定制；
步骤4，新模块设计与变型设计
当步骤3)中没有满足需求的模块供选择时，则需进行模块变型设计或新模块设计，其进一步包括如下子步骤：
步骤4-1，模块功能不满意，全新设计模块能够实现该功能；
步骤4-2，模块性能不满意，变型设计模块更改尺寸、材料使其符合性能需求；
步骤4-3，模块结构不满意，全新设计结构形式，满足其对模块结构、原理的偏好，如传动方式、连接方式等结构的喜好；
步骤4-4，模块外观不满意，对外观进行变更，改变造型、颜色等；
步骤5，性能仿真分析验证企业定制产品的可行性
对企业定制产品进行性能仿真分析验证，其进一步可分为如下子步骤：
步骤5-1，建立实体模块的三维模型，确定其结构参数、几何参数；
步骤5-2，按照各定制模块进行模块三维模型装配，得到各定制模块对应产品的三维模型；
步骤5-3，建立场景模型，确定定制产品使用场景的相关属性参数，如空间参数、尺寸参数、介质参数等；
步骤5-4，将产品模型与场景模型导入至ANSYS、Adams等仿真软件中，对各定制模块的力学性能、运动性能、散热性能等产品性能进行仿真验证；
步骤5-5，去除不能满足性能要求的方案集，并输出各可行方案与定制目标间的性能、尺寸等方面上的差距；
步骤6，生产计划制定与虚拟生产过程仿真
因模块、零件、原材料等的库存状态直接影响加工的时长，若有现存模块则该模型即可无需加工直接进入装配环节，无现存模块但有模块零件则也能进入装配阶段组装成模块，若定制方案既无现存模也无现存零件、原材料，则整个定制周期必将延长，当前其它订单的生产计划也会影响目标订单的定制，当生产资源被其它订单占据，目标订单的生产也将受到限制，因此实时获取库存数据、当前生产计划、车间人员设备等动态数据是实现多目标定制的重要一环；
其进一步可分为如下子步骤：
步骤6-1，对生产过程实时监测，实时更新模块、零件、原材料库存数据以及当前的生产加工计划与进程数据；
步骤6-2，结合各零件加工特征、加工工序、加工设备、加工能耗、加工耗时以及操作人员间的关系，模块装配流程、装配机位、装配时长等信息间的关系，从全订单生产耗时最小、车间负载最均匀、生产耗能最小、订单迫切程度等方面进行综合评价以建立对生产调度过程进行调整的优化目标函数；
步骤6-3，建立设备与零件相关的约束条件，以保证虚拟空间生产模型的运行情况符合现实情况；
步骤6-4，根据步骤6-2)建立的优化目标函数，为定制模块制定生产调度计划，寻求与当前生产计划间的最高契合度；
步骤6-5，通过可视化生产车间模型，在虚拟空间对各定制方案对应的生产调度计划进行仿真运行，验证生产计划的可行性、合理性；
步骤6-6，获取定制方案对应的定制周期，并结合生产过程的难易程度、生产任务调整的损失以及模块、零件成本，在售价预测模型中初步预估各方案的售价；
步骤7，定制方案多角度评估
保持定制过程中用户的实时参与，同时将定制方案以三维模型的方式进行静态展示，以仿真模型的方式进行动态展示，并将各定制方案的预期周期、性能差距、预估售价等仿真结果反馈至用户，实时获取用户对各方面因素的偏重程度以及各方案的评价，综合分析选取最适合当前用户的定制方案，若当前定制方案集无用户满意的方案，则重新开始步骤3～步骤7，直至满意；
步骤8，模块更新与模块革新
根据步骤3)～步骤7)产品定制过程中获得的新模块，及企业对当前产品定制能力的多方面考虑，模块进行更新或革新，企业将定制过程中产生的新模块、变型模块添加到现有模块集中，且基于数字孪生技术实时获取用户、市场、工作人员等的反馈数据，改进现有模块、设计新模块、淘汰低竞争力模块的过程，并对相应的属性模型、关系模型、三维模型等进行实时变更；
模块更新是将定制过程中产生的新模块、变型模块添加到现有模块集中，而模块革新则与定制过程无关，是企业基于数字孪生技术实时获取用户、市场、工作人员等的反馈数据，改进现有模块、设计新模块、淘汰低竞争力模块的过程，两者都需要对相应的属性模型、关系模型、三维模型等进行实时变更；
三)在实体空间中进行模块化产品生产装配
根据最终确立定制方案与制定的生产调度计划，在物理空间进行模块实体的加工与装配，得到完整的定制产品。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，首先构建物理空间、虚拟空间及企业操作系统，而后根据实时获取物理空间、虚拟空间及企业操作系统的孪生数据确定企业定制产品的模块规划，依次对企业定制产品的模块规划进行性能仿真分析验证，若性能仿真分析验证不合格，则更新模块直至性能仿真分析验证合格，待性能仿真分析验证合格后，再在实体空间中进行模块化产品生产装配，具体步骤如下：
一)获取实时的孪生数据
物理空间实时监测采集包括原材料、供应商、产品、模块、零件、设备、工作人员及用户在内的物理实体动态信息，并将所采集的信息经过数据处理模块实时处理后反馈至虚拟空间，以完成虚拟模型的实时更新；
虚拟空间用于提供虚拟模型，虚拟模型包括属性模型、关系模型、生命周期阶段模型、参数化三维模型、参数化仿真模型、模块规划模型、生产调度模型、售价预测模型、配置模型及可视化生产车间模型，通过虚拟模型构建企业数字孪生体；
企业操作系统包括MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块及模块化产品定制系统，且模块化产品定制系统与MES系统、ERP系统、模块划分模块、生命周期管理模块、数据采集模块、数据处理模块、仿真模块连接，用于实现人机交互，管理控制与定制各种任务；
二)确定模块化产品定制策略并对模块化产品定制策略进行性能仿真分析验证
步骤1，制定企业定制产品的模块规划
步骤2，构建生命周期阶段模型
根据步骤1)所制定的企业定制产品的模块规划，构建生命周期阶段模型；
步骤3，选取模块
根据步骤1)构建的企业定制产品模块规划和步骤2)构建的生命周期阶段模型，结合实时获取的客户需求数据，从现有模块中选择合适模块用于当前订单定制；
步骤4，新模块设计与变型设计
当步骤3)中没有满足需求的模块供选择时，则进行模块变型设计或新模块设计；
步骤5，性能仿真分析验证企业定制产品的可行性
将产品三维模型与场景模型导入仿真软件中，对定制模块中的产品性能进行仿真验证，去除不能满足性能要求的方案集，并输出可行方案与定制目标间的差距；
步骤6，生产计划制定与虚拟生产过程仿真
建立设备与零件相关的约束条件，以保证虚拟空间生产模型的运行情况符合现实情况，对生产计划进行虚拟仿真；
步骤7，定制方案多角度评估
对步骤6)中获得虚拟仿真方案进行综合评价，选取最适合当前用户的定制方案，若当前定制方案集无用户满意的方案，则重复步骤3)～步骤7)，直至满意；
步骤8，模块更新与模块革新
根据步骤3)～步骤7)产品定制过程中获得的新模块，通过步骤2)中构建的生命周期阶段模型定义方法对模块进行定义并更新进至原有模型中；
三)在实体空间中进行模块化产品生产装配
根据最终确立定制方案与制定的生产调度计划，在物理空间进行模块实体的加工与装配，得到完整的定制产品。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，步骤1)中，构建模块规划模型包括如下子步骤：
步骤1-1，制定定量化的考量标准；
步骤1-2，在所制定的定量化考量标准基础上构建用于模块划分的多个目标函数；
步骤1-3，采用多目标优化算法对目标函数进行优化，得到较佳的模块划分方案；
步骤1-4，设置相关模块划分评价指标，判断不同模块划分方案的优劣，获取最佳的模块规划模型；
步骤1-5，对模块规划模型接口进行优化，使模块组合更加灵活。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，步骤2)中，构建生命周期阶段模型，其子步骤如下：
步骤2-1，确立生命周期阶段对象，针对生命周期不同阶段将划分得到的模块映射为不同形态；
步骤2-2，构建属性模型，对物理实体设置属性条目，以实现对物理实体关键特征的提取与表达；
步骤2-3，构建关系模型，定义零件、模块间的组合、装配关系与规则，确立工作人员、设备、零件间的任务关系，以实现对工作人员、设备、零件间的关系表达。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，步骤4)中，进行模块变型设计或新模块设计，包括如下子步骤：
步骤4-1，模块功能不满意，全新设计能够实现该功能的模块；
步骤4-2，模块性能不满意，变型设计模块更改尺寸、材料使其符合性能需求；
步骤4-3，模块结构不满意，全新设计结构形式，满足其对模块结构、原理的偏好；
步骤4-4，模块外观不满意，对外观进行变更。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，步骤5)中，对企业定制产品进行性能仿真分析验证，包括如下子步骤：
步骤5-1，建立实体模块的三维模型，确定其结构参数、几何参数；
步骤5-2，按照各定制模块规划进行模块三维模型装配，得到各定制模块对应产品的三维模型；
步骤5-3，建立场景模型，确定定制产品使用场景的属性参数；
步骤5-4，将产品模型与场景模型导入至仿真软件中，对各定制模块的产品性能进行仿真验证；
步骤5-5，去除不能满足性能要求的方案集，并输出各可行方案与定制目标间的差距。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的模块化产品定制方法，其特征在于，步骤6)中，生产计划制定与虚拟生产过程仿真，分为如下子步骤：
步骤6-1，对生产过程实时监测，实时更新模块、零件、原材料库存数据以及当前的生产加工计划与进程数据；
步骤6-2，结合各零件加工特征、加工工序、加工设备、加工能耗、加工耗时及操作人员间的关系，信息间的关系，进行综合评价以建立对生产调度过程进行调整的优化目标函数；
步骤6-3，建立设备与零件相关的约束条件，以保证虚拟空间生产模型的运行情况符合现实情况；
步骤6-4，根据步骤6-2)建立的优化目标函数，为定制模块制定生产调度计划，寻求与当前生产计划间的最高契合度；
步骤6-5，通过可视化生产车间模型，在虚拟空间对各定制方案对应的生产调度计划进行仿真运行，验证生产计划的可行性、合理性；
步骤6-6，获取定制方案对应的定制周期，并结合生产过程的难易程度、生产任务调整的损失及模块、零件成本，在售价预测模型中初步预估各方案的售价。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010914812.2A CN112084646B (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010914812.2A CN112084646B (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112084646A true CN112084646A (zh) | 2020-12-15 |
| CN112084646B CN112084646B (zh) | 2022-08-19 |
Family
ID=73731382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010914812.2A Active CN112084646B (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112084646B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112632781A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 广州浩能机电安装工程有限公司 | 一种机电安装系统及方法 |
| CN112837117A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-25 | 智马达汽车有限公司 | 一种车辆数字化管理方法及系统 |
| CN112859763A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-05-28 | 上海英应机器人科技有限公司 | 一种适用于离散型生产制造的mes系统 |
| CN113283010A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-20 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于用户行为研究的操纵交互设计方法、控制装置 |
| CN113628014A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 武汉爆品秀科技有限公司 | 一种柔性生产电子商务系统 |
| CN113689261A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 一种基于c2m生产模式的智慧交互系统 |
| CN114118767A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 重庆斯欧智能科技研究院有限公司 | 一种工业要素对象信息生命周期管理方法 |
| CN114239245A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-25 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 基于pbom的孪生物料构建方法、设备及介质 |
| CN115688328A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-02-03 | 北京云道智造科技有限公司 | 一种面向对象的仿真系统、方法、电子设备及存储介质 |
| CN114118767B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-07-09 | 重庆斯欧智能科技研究院有限公司 | 一种工业要素对象信息生命周期管理方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104904353A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 江西农业大学 | 山地低矮树型松土施肥一体式微耕机 |
| CN107832497A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-23 | 广东工业大学 | 一种智能车间快速定制设计方法及系统 |
| CN108388146A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-10 | 东南大学 | 一种基于信息物理融合的三维装配工艺设计系统及运行方法 |
| WO2018170397A1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Homogeneous model of hetergeneous product lifecycle data |
| CN108665245A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-10-16 | 华北水利水电大学 | 一种基于dt-bim的装配式预制构件信息融合管理系统及方法 |
| CN109559039A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-02 | 贵州航天云网科技有限公司 | 一种基于数字孪生技术的虚拟工厂业务协同系统 |
| CN110247827A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-09-17 | 浙江鹏信信息科技股份有限公司 | 基于数字孪生技术的nfv网元全包围测试方法及装置 |
| CN110705868A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-17 | 江苏科技大学 | 一种基于孪生数据的船舶堆场作业调度系统及其调度方法 |
| CN111161410A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种矿井数字孪生模型及其构建方法 |
| CN111158702A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-15 | 杭州奋兮科技有限公司 | 应用于工业领域数字化升级的模块化平台及方法 |
| CN111210294A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-05-29 | 海尔卡奥斯物联生态科技有限公司 | 一种大规模定制系统 |
| CN111310318A (zh) * | 2020-02-05 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 基于数字孪生的工艺余量处理方法、系统及机械制造总成 |
| CN111338300A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-26 | 广东工业大学 | 生产线基于数字孪生的物理仿真方法及其系统 |
| CN111413887A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-14 | 浙江大学 | 一种复杂产品装配生产线数字孪生系统 |
-
2020
- 2020-09-03 CN CN202010914812.2A patent/CN112084646B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104904353A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-16 | 江西农业大学 | 山地低矮树型松土施肥一体式微耕机 |
| WO2018170397A1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Homogeneous model of hetergeneous product lifecycle data |
| WO2019076233A1 (zh) * | 2017-10-17 | 2019-04-25 | 广东工业大学 | 一种智能车间快速定制设计方法及系统 |
| CN107832497A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-23 | 广东工业大学 | 一种智能车间快速定制设计方法及系统 |
| CN108388146A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-08-10 | 东南大学 | 一种基于信息物理融合的三维装配工艺设计系统及运行方法 |
| CN108665245A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-10-16 | 华北水利水电大学 | 一种基于dt-bim的装配式预制构件信息融合管理系统及方法 |
| CN109559039A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-02 | 贵州航天云网科技有限公司 | 一种基于数字孪生技术的虚拟工厂业务协同系统 |
| CN110247827A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-09-17 | 浙江鹏信信息科技股份有限公司 | 基于数字孪生技术的nfv网元全包围测试方法及装置 |
| CN110705868A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-17 | 江苏科技大学 | 一种基于孪生数据的船舶堆场作业调度系统及其调度方法 |
| CN111210294A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-05-29 | 海尔卡奥斯物联生态科技有限公司 | 一种大规模定制系统 |
| CN111158702A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-15 | 杭州奋兮科技有限公司 | 应用于工业领域数字化升级的模块化平台及方法 |
| CN111161410A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种矿井数字孪生模型及其构建方法 |
| CN111310318A (zh) * | 2020-02-05 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 基于数字孪生的工艺余量处理方法、系统及机械制造总成 |
| CN111338300A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-26 | 广东工业大学 | 生产线基于数字孪生的物理仿真方法及其系统 |
| CN111413887A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-14 | 浙江大学 | 一种复杂产品装配生产线数字孪生系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张长信: "数字孪生体在产品生命周期管理中的应用探究", 《科技风》 * |
| 李浩等: "基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术", 《计算机集成制造系统》 * |
| 许静等: "基于数字孪生的模块粒度优化分析方法", 《计算机集成制造系统》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112859763A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-05-28 | 上海英应机器人科技有限公司 | 一种适用于离散型生产制造的mes系统 |
| CN112632781A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 广州浩能机电安装工程有限公司 | 一种机电安装系统及方法 |
| CN112632781B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-12-19 | 广州浩能机电安装工程有限公司 | 一种机电安装系统及方法 |
| CN112837117A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-25 | 智马达汽车有限公司 | 一种车辆数字化管理方法及系统 |
| CN113283010A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-20 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于用户行为研究的操纵交互设计方法、控制装置 |
| CN113628014A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 武汉爆品秀科技有限公司 | 一种柔性生产电子商务系统 |
| CN113689261A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 一种基于c2m生产模式的智慧交互系统 |
| CN114118767A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 重庆斯欧智能科技研究院有限公司 | 一种工业要素对象信息生命周期管理方法 |
| CN114118767B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-07-09 | 重庆斯欧智能科技研究院有限公司 | 一种工业要素对象信息生命周期管理方法 |
| CN114239245A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-25 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 基于pbom的孪生物料构建方法、设备及介质 |
| CN114239245B (zh) * | 2021-12-01 | 2023-04-18 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 基于pbom的孪生物料构建方法、设备及介质 |
| CN115688328A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-02-03 | 北京云道智造科技有限公司 | 一种面向对象的仿真系统、方法、电子设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112084646B (zh) | 2022-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112084646B (zh) | 一种基于数字孪生的模块化产品定制方法 | |
| Grabowska | Smart factories in the age of Industry 4.0 | |
| CN109583762B (zh) | 一种生产流程建模与产品数据追踪的系统 | |
| CN106647336B (zh) | 一种基于仿真的飞机装配过程智能监控系统 | |
| CN108198093B (zh) | 一种基于cps的智慧建造系统 | |
| Hanafy et al. | A modular product multi-platform configuration model | |
| CN107292702A (zh) | 一种智能制造方法和系统 | |
| US20200125078A1 (en) | Method and system for engineer-to-order planning and materials flow control and optimization | |
| Cui et al. | Additive manufacturing-enabled supply chain: Modeling and case studies on local, integrated production-inventory-transportation structure | |
| Agyapong-Kodua et al. | Towards the derivation of an integrated process cost-modelling technique for complex manufacturing systems | |
| CN1763774A (zh) | 一种流程工业可视化生产工艺流程描述的建模方法 | |
| CN112799369A (zh) | 一种产品装配过程管控方法和装置 | |
| Karadgi | A reference architecture for real-time performance measurement | |
| US11262712B2 (en) | Method and system for collecting data from a data-source into a MOM data warehouse | |
| Boër et al. | Shoe design and manufacturing | |
| CN112528502B (zh) | 生产车间的管控方法、管控系统及相关装置 | |
| KR20100034258A (ko) | 디지털 팩토리를 이용한 기업 맞춤형 디지털 생산시스템 구축방법 | |
| Marconi et al. | An innovative framework for managing the customization of tailor-made shoes | |
| CN115774946B (zh) | 基于slp的三维设施规划与物流分析方法、系统及应用 | |
| CN104732361A (zh) | 建立小麦加工企业的idef模型的方法 | |
| CN110262973B (zh) | 数据养成维护方法、装置、设备及计算机存储介质 | |
| Mandolini et al. | A should costing approach for manufacturing companies | |
| TW202226088A (zh) | 智能交期預測方法與系統 | |
| KR20100102086A (ko) | 디지털 팩토리를 이용한 기업 맞춤형 디지털 생산시스템 구축방법 | |
| KR101071908B1 (ko) | 디지털 팩토리를 이용한 공장 신축 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |