CN112784427B - 一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块，所述网络模块与采集模块电性连接，所述采集模块与数据孪生模块电性连接，所述数据孪生模块与处理模块电性连接；本发明通过采集模块、数据孪生模块、处理模块对生产设备中的数据信息进行采集和处理，通过控制模块控制控制一组孪生智能体中处理后的数据进行储存备份和控制另一组孪生智能体中处理后的数据进行仿真模拟，在需重新对制造生产进行仿真模拟时，可直接从储存模块调取原始采集数据信息和生产设备运行时的数据信息，一定程度上提高仿真模型建立的效率。

Description

一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统

技术领域

本发明属于数字孪生技术领域，具体涉及一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统。

背景技术

智能制造数字工厂彷真系统是将工业机器人、PLC、电气及周边设备等进行三维虚拟仿真，并具有工业机器人离线编程、PLC虚拟调试、VR虚拟现实仿真与操作等功能于一体；根据用户需求快速的搭建智能制造生产线的仿真模拟，并进行工程规划、工程验证、工艺分析、逻辑验证等工作；智能制造数字工厂仿真软件支持全球数十种工业机器人模型仿真及离线编程，支持自动传输系统、数控机床、AGV、堆垛机、立体仓库等各种智被湖造工厂模型单元仿真，仿真对象模型库具有200种以上模型，同时支持用户自己设的模型导入。

但是，在现有技术中，智能制造仿真系统多数直接对采集的数据进行三维虚拟仿真，不是基于数字孪生技术进行三维虚拟仿真，当在虚拟仿真环节中因数据出现错误导致三维仿真模型搭建错误时，需重新进行数据采集和建模，无法直接调取原始采集数据值进行编辑和重新仿真建模，降低了仿真模型建立的效率。

为此，我们提出一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统来解决现有技术中存在的问题，使其可以通过数字孪生技术进行三维虚拟仿真，便于人员直接调取原始采集数据进行编辑和重新仿真建模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，以解决上述背景技术中提出现有技术中因智能制造仿真系统多数直接对采集的数据进行三维虚拟仿真，不是基于数字孪生技术进行三维虚拟仿真，当在虚拟仿真环节中因数据出现错误导致三维仿真模型搭建错误时，需重新进行数据采集和建模，无法直接调取原始采集数据值进行编辑和重新仿真建模，降低了仿真模型建立的效率的问题，使其在需重新对制造生产进行仿真模拟时，可直接从储存模块调取原始采集数据信息和生产设备运行时的数据信息，不需重新采集生产设备的数据信息，一定程度上提高仿真模型建立的效率。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块，所述网络模块与采集模块电性连接，所述采集模块与数据孪生模块电性连接，所述数据孪生模块与处理模块电性连接，所述处理模块分别与控制模块和储存模块电性连接，所述控制模块与仿真模拟模块电性连接，所述仿真模拟模块与储存模块电性连接，所述数据孪生模块包括两组孪生智能体，所述孪生智能体包括设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据。

优选的，所述网络模块包括有线接口、信号接收器、信号发射器和服务器，所述有线接口和信号接收器分别与服务器电性连接，所述信号发射器与服务器电性连接，所述服务器设置为云端网络服务器，所述有线接口包括以太网接口和IO接口，有线接口用于传输制造设备的数据信息，其中，数据信息包括开机、关机、运行、报警、暂停状态的数据信息。

优选的，所述采集模块包括感应组件和数据传输组件，所述感应组件与数据传输组件电性连接，所述感应组件设置为摄像头，所述摄像头安装至生产设备上，且生产设备的内部安装有PLC控制器，所述数据传输组件包括RS485数据传输接口，用于实现与制造设备之间的无线数据传输。

优选的，两组所述孪生智能体均与处理模块电性连接，所述孪生智能体用于实时监测生产设备的设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据的信息。

优选的，所述处理模块设置为数据处理芯片，用于对孪生智能体中监测的数据进行删减和整合，删减是删除相同类别下的相同数据，整合是根据将删减后的数据进行重新排序。

优选的，所述控制模块设置为单片机，所述控制模块用于控制一组孪生智能体中处理后的数据进行储存备份和控制另一组孪生智能体中处理后的数据进行仿真模拟。

优选的，所述仿真模拟模块包括物理性数据库组件、单元操作模型库组件、模型求解算法库组件和仿真环境及输入输出组件，所述物理性数据库组件用于提供运行时所需的基础物理性数据、物理性计算；所述单元操作模型库组件包括物料平衡、能量平衡、相平衡和反应速率的数学模型，数学模型包括模拟所需的全部模块；所述模型求解算法库组件包括线性求解算法、非线性方程的求解算法、参数拟合算法和最优化求解算法；所述仿真环境及输入输出组件是用于对模型仿真运行的管理和控制仿真的进行程度。

优选的，所述储存模块包括半导体储存器，所述半导体储存器至少设置有两组，其中一组所述半导体储存器用于储存一组孪生智能体实时监测的生产设备的数据信息，另一组所述半导体储存器用于储存仿真模拟模块中的仿真模拟数据信息。

优选的，还包括供电模块，所述供电模块分别与网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块电性连接。

本发明提出的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过采集模块、数据孪生模块、处理模块对生产设备中的数据信息进行采集和处理，通过控制模块控制控制一组孪生智能体中处理后的数据进行储存备份和控制另一组孪生智能体中处理后的数据进行仿真模拟，在需重新对制造生产进行仿真模拟时，可直接从储存模块调取原始采集数据信息和生产设备运行时的数据信息，不需重新采集生产设备的数据信息，一定程度上提高仿真模型建立的效率。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的仿真模拟模块框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块，网络模块与采集模块电性连接，采集模块与数据孪生模块电性连接，数据孪生模块与处理模块电性连接，处理模块分别与控制模块和储存模块电性连接，控制模块与仿真模拟模块电性连接，仿真模拟模块与储存模块电性连接，数据孪生模块包括两组孪生智能体，孪生智能体包括设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据；

其中，网络模块包括有线接口、信号接收器、信号发射器和服务器，有线接口和信号接收器分别与服务器电性连接，信号发射器与服务器电性连接，服务器设置为云端网络服务器，有线接口包括以太网接口和IO接口，有线接口用于传输制造设备的数据信息，其中，数据信息包括开机、关机、运行、报警、暂停状态的数据信息，网络模块用于各个生产设备之间的通信，便于各个生产设备的数据传输；

其中，采集模块包括感应组件和数据传输组件，感应组件与数据传输组件电性连接，感应组件设置为摄像头，摄像头安装至生产设备上，且生产设备的内部安装有PLC控制器，PLC控制器使用的型号为S7-200，数据传输组件包括RS485数据传输接口，用于实现与制造设备之间的无线数据传输，摄像头设置为360°旋转的红外摄像头，红外摄像头的波长为1.5-400微米；

其中，两组孪生智能体均与处理模块电性连接，孪生智能体用于实时监测生产设备的设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据的信息；

其中，处理模块设置为数据处理芯片，数据处理芯片采用DSP数据处理芯片，用于对孪生智能体中监测的数据进行删减和整合，删减是删除相同类别下的相同数据，整合是根据将删减后的数据进行重新排序；

其中，控制模块设置为单片机，控制模块用于控制一组孪生智能体中处理后的数据进行储存备份和控制另一组孪生智能体中处理后的数据进行仿真模拟；

其中，仿真模拟模块包括物理性数据库组件、单元操作模型库组件、模型求解算法库组件和仿真环境及输入输出组件，物理性数据库组件用于提供运行时所需的基础物理性数据、物理性计算；单元操作模型库组件包括物料平衡、能量平衡、相平衡和反应速率的数学模型，数学模型包括模拟所需的全部模块；模型求解算法库组件包括线性求解算法、非线性方程的求解算法、参数拟合算法和最优化求解算法；仿真环境及输入输出组件是用于对模型仿真运行的管理和控制仿真的进行程度；

其中，储存模块包括半导体储存器，半导体储存器至少设置有两组，其中一组半导体储存器用于储存一组孪生智能体实时监测的生产设备的数据信息，另一组半导体储存器用于储存仿真模拟模块中的仿真模拟数据信息；

其中，还包括供电模块，供电模块分别与网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块电性连接，用于给网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块提供电能，使各个模块可以正常工作。

工作原理：在使用时，通过网络模块将生产设备与制造仿真设备进行网络连接，通过采集模块中的摄像头采集产品报废数据，通过生产设备内部的PLC控制器采集设计数据、产品工艺数据、产品制造数据和产品退役的数据信息，通过处理模块对孪生智能体中监测的数据进行删减和整合，处理后的数据通过控制组件将一组处理后数据直接传输至储存模块进行储存，另一组处理后数据传输至仿真模拟模块进行仿真模拟，最后将仿真模拟数据信息传输至储存模块进行储存，在需重新对制造生产进行仿真模拟时，可直接从储存模块调取原始采集数据信息和生产设备运行时的数据信息，不需重新采集生产设备的数据信息，一定程度上提高仿真模型建立的效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块，其特征在于：所述网络模块与采集模块电性连接，所述采集模块与数据孪生模块电性连接，所述数据孪生模块与处理模块电性连接，所述处理模块分别与控制模块和储存模块电性连接，所述控制模块与仿真模拟模块电性连接，所述仿真模拟模块与储存模块电性连接，所述数据孪生模块包括两组孪生智能体，所述孪生智能体包括设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据；

所述控制模块设置为单片机，所述控制模块用于控制一组孪生智能体中处理后的数据进行储存备份和控制另一组孪生智能体中处理后的数据进行仿真模拟；

所述储存模块包括半导体储存器，所述半导体储存器至少设置有两组，其中一组所述半导体储存器用于储存一组孪生智能体实时监测的生产设备的数据信息，另一组所述半导体储存器用于储存仿真模拟模块中的仿真模拟数据信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：所述网络模块包括有线接口、信号接收器、信号发射器和服务器，所述有线接口和信号接收器分别与服务器电性连接，所述信号发射器与服务器电性连接，所述服务器设置为云端网络服务器，所述有线接口包括以太网接口和IO接口，有线接口用于传输制造设备的数据信息，其中，数据信息包括开机、关机、运行、报警、暂停状态的数据信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：所述采集模块包括感应组件和数据传输组件，所述感应组件与数据传输组件电性连接，所述感应组件设置为摄像头，所述摄像头安装至生产设备上，且生产设备的内部安装有PLC控制器，所述数据传输组件包括RS485数据传输接口，用于实现与制造设备之间的无线数据传输。

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：两组所述孪生智能体均与处理模块电性连接，所述孪生智能体用于实时监测生产设备的设计数据、产品工艺数据、产品制造数据、产品服务数据、产品退役和报废数据的信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：所述处理模块设置为数据处理芯片，用于对孪生智能体中监测的数据进行删减和整合，删减是删除相同类别下的相同数据，整合是根据将删减后的数据进行重新排序。

6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：所述仿真模拟模块包括物理性数据库组件、单元操作模型库组件、模型求解算法库组件和仿真环境及输入输出组件，所述物理性数据库组件用于提供运行时所需的基础物理性数据、物理性计算；所述单元操作模型库组件包括物料平衡、能量平衡、相平衡和反应速率的数学模型，数学模型包括模拟所需的全部模块；所述模型求解算法库组件包括线性求解算法、非线性方程的求解算法、参数拟合算法和最优化求解算法；所述仿真环境及输入输出组件是用于对模型仿真运行的管理和控制仿真的进行程度。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于数字孪生技术智能制造仿真系统，其特征在于：还包括供电模块，所述供电模块分别与网络模块、采集模块、数据孪生模块、处理模块、控制模块、仿真模拟模块和储存模块电性连接。

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