CN113128041A - 基于数字孪生虚拟技术的数字工厂mes系统开发方法 - Google Patents

基于数字孪生虚拟技术的数字工厂mes系统开发方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：步骤一、物理世界初始信息确定；步骤二、虚拟世界根据初始数据建模，并将模型数据输出到物理世界；步骤三、物理世界根据模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；步骤四、虚拟世界根据反馈数据改进，将新模型数据输出给物理世界；步骤五、最优模型产生，进行正常运行。本发明的有益效果有：将每个MES系统分为产品设计系统、工艺设计系统、产品生产系统、仓储系统四个部分，每个部分均通过数字孪生产生虚拟世界和物理世界，虚拟世界仿真演算，物理世界反馈相应数据，两者相互作用，能有效纠正整个生产过程中的问题。

Description

基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法
技术领域
本发明涉及基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，属于MES系统开发技术领域。
背景技术
MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。数字孪生被形象地称为“数字化双胞胎”，是智能工厂的虚实互联技术，从构想、设计、测试、仿真、生产线、厂房规划等环节，可以虚拟和判断出生产或规划中所有的工艺流程，以及可能出现的矛盾、缺陷、不匹配，所有情况都可以用这种方式进行事先的仿真，缩短大量方案设计及安装调试时间，加快交付周期。目前的MES系统都是对生产过程进行管理，无法进行改进生产过程中的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，该系统开发方法将每个MES系统分为产品设计系统、工艺设计系统、产品生产系统、仓储系统四个部分，每个部分均通过数字孪生产生虚拟世界和物理世界，虚拟世界仿真演算，物理世界反馈相应数据，两者相互作用，能有效纠正整个生产过程中的问题。
本发明通过下述方案实现：基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界根据初始数据建模，并将模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界根据模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界根据反馈数据改进，将新模型数据输出给物理世界；
步骤五、最优模型产生，进行正常运行。
所述步骤三和所述步骤四循环运行。
该方法包括产品设计系统的物理世界和虚拟世界，工艺设计系统的物理世界和虚拟世界，产品生产系统的物理世界和虚拟世界，仓储系统的物理世界和虚拟世界以及中央服务器。
所述产品设计系统的物理世界包括产品属性采集模块和模型制作模块，所述产品设计系统的虚拟世界包括产品建模模块，物理世界的产品属性采集模块采集产品属性反馈到虚拟世界的产品建模模块，虚拟世界的产品建模模块通过属性信息输出产品设计系统，物理世界的模型制作模块根据产品设计系统进行制作模型，物理世界的模型制作模块将模型的质量反馈到虚拟世界的产品建模模块继续优化，如此循环。
所述工艺设计系统的物理世界包括设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块，所述工艺设计系统的虚拟世界包括装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块录入设备信息、物料信息和人工信息后反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块优化工艺输出工艺设计系统，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块根据该工艺设计系统采集工艺运行的信息又反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块继续优化，如此循环。
所述产品生产系统的物理世界包括设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块，所述产品生产系统虚拟世界包括运行仿真模块，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块监控采集信息反馈到虚拟世界的运行仿真模块，虚拟世界的运行仿真模块优化运行输出产品生产系统，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块根据该产品生产系统将产线运行反馈到虚拟世界的运行仿真模块继续优化，如此循环。
所述仓储系统的物理世界包括进出库监控模块和仓库信息模块，所述仓储系统的虚拟世界包括转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块监控采集信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块优化运转、布局输出仓储系统，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块通过该将仓储系统继续监控采集，并将仓储信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块继续优化，如此循环。
本发明的有益效果为：
1、本发明基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法将每个MES系统分为产品设计系统、工艺设计系统、产品生产系统、仓储系统四个部分，每个部分均通过数字孪生产生虚拟世界和物理世界，虚拟世界仿真演算，物理世界反馈相应数据，两者相互作用，能有效纠正整个生产过程中的问题。
附图说明
图1为本发明基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法的结构示意图。
图2为本发明基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合图1-2对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界根据初始数据建模，并将模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界根据模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界根据反馈数据改进，将新模型数据输出给物理世界；
步骤五、最优模型产生，进行正常运行。
步骤三和步骤四循环运行。
该方法包括产品设计系统的物理世界和虚拟世界，工艺设计系统的物理世界和虚拟世界，产品生产系统的物理世界和虚拟世界，仓储系统的物理世界和虚拟世界以及中央服务器。
产品设计系统的物理世界包括产品属性采集模块和模型制作模块，产品设计系统的虚拟世界包括产品建模模块，物理世界的产品属性采集模块采集产品属性反馈到虚拟世界的产品建模模块，虚拟世界的产品建模模块通过属性信息输出产品设计系统，物理世界的模型制作模块根据产品设计系统进行制作模型，物理世界的模型制作模块将模型的质量反馈到虚拟世界的产品建模模块继续优化，如此循环。
工艺设计系统的物理世界包括设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块，工艺设计系统的虚拟世界包括装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块录入设备信息、物料信息和人工信息后反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块优化工艺输出工艺设计系统，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块根据该工艺设计系统采集工艺运行的信息又反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块继续优化，如此循环。
产品生产系统的物理世界包括设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块，产品生产系统虚拟世界包括运行仿真模块，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块监控采集信息反馈到虚拟世界的运行仿真模块，虚拟世界的运行仿真模块优化运行输出产品生产系统，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块根据该产品生产系统将产线运行反馈到虚拟世界的运行仿真模块继续优化，如此循环。
仓储系统的物理世界包括进出库监控模块和仓库信息模块，仓储系统的虚拟世界包括转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块监控采集信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块优化运转、布局输出仓储系统，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块通过该将仓储系统继续监控采集，并将仓储信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块继续优化，如此循环。
实施例1：以产品设计系统为例：基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界的产品属性采集模块采集产品属性，物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界的产品建模模块根据初始数据建模，并将产品设计系统的模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界的模型制作模块根据模型数据进行制作模型，并且模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界的产品建模模块；
步骤四、虚拟世界的产品建模模块根据反馈数据改进，将新的产品设计系统的模型数据输出给物理世界；
步骤五、步骤三和步骤四循环运行，最优模型产生，进行正常运行。
实施例2：以工艺设计系统为例：基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块录入设备信息、物料信息和人工信息，物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块根据初始数据建模优化工艺，并将工艺设计系统的模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块根据该工艺设计系统进行模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块根据反馈数据改进，将新的工艺设计系统的模型数据输出给物理世界；
步骤五、步骤三和步骤四循环运行，最优模型产生，进行正常运行。
实施例3：以产品生产系统为例：基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块监控采集信息，物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界的运行仿真模块根据初始数据建模优化运行产品生产系统，并将产品生产系统的模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块根据该产品生产系统进行模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界的运行仿真模块根据反馈数据改进，将新的产品生产系统的模型数据输出给物理世界；
步骤五、步骤三和步骤四循环运行，最优模型产生，进行正常运行。
物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块监控采集信息反馈到虚拟世界的运行仿真模块，虚拟世界的运行仿真模块优化运行输出产品生产系统，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块根据该产品生产系统将产线运行反馈到虚拟世界的运行仿真模块继续优化，如此循环。
实施例4：以仓储系统为例：基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其包括以下步骤：
步骤一、物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块监控采集信息，物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块根据初始数据建模优化运转、布局输出仓储系统，并将该仓储系统的模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块根据该仓储系统的模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块根据反馈数据改进，将新的仓储系统的模型数据输出给物理世界；
步骤五、步骤三和步骤四循环运行，最优模型产生，进行正常运行。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、物理世界初始信息确定；
步骤二、虚拟世界根据初始数据建模，并将模型数据输出到物理世界；
步骤三、物理世界根据模型数据运行，将运行结果、过程中产生的问题反馈到虚拟世界；
步骤四、虚拟世界根据反馈数据改进，将新模型数据输出给物理世界；
步骤五、最优模型产生，进行正常运行。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：所述步骤三和所述步骤四循环运行。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：该方法包括产品设计系统的物理世界和虚拟世界，工艺设计系统的物理世界和虚拟世界，产品生产系统的物理世界和虚拟世界，仓储系统的物理世界和虚拟世界以及中央服务器。
4.根据权利要求2所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：所述产品设计系统的物理世界包括产品属性采集模块和模型制作模块，所述产品设计系统的虚拟世界包括产品建模模块，物理世界的产品属性采集模块采集产品属性反馈到虚拟世界的产品建模模块，虚拟世界的产品建模模块通过属性信息输出产品设计系统，物理世界的模型制作模块根据产品设计系统进行制作模型，物理世界的模型制作模块将模型的质量反馈到虚拟世界的产品建模模块继续优化，如此循环。
5.根据权利要求2所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：所述工艺设计系统的物理世界包括设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块，所述工艺设计系统的虚拟世界包括装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块录入设备信息、物料信息和人工信息后反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块，虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块优化工艺输出工艺设计系统，物理世界的设备信息录入模块、物料信息录入模块和人工信息录入模块根据该工艺设计系统采集工艺运行的信息又反馈到虚拟世界的装配工艺仿真模块、人机工厂仿真模块和工位布局仿真模块继续优化，如此循环。
6.根据权利要求2所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：所述产品生产系统的物理世界包括设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块，所述产品生产系统虚拟世界包括运行仿真模块，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块监控采集信息反馈到虚拟世界的运行仿真模块，虚拟世界的运行仿真模块优化运行输出产品生产系统，物理世界的设备运行监控模块、工厂环境信息模块和物料信息监控模块根据该产品生产系统将产线运行反馈到虚拟世界的运行仿真模块继续优化，如此循环。
7.根据权利要求2所述的基于数字孪生虚拟技术的数字工厂MES系统开发方法，其特征在于：所述仓储系统的物理世界包括进出库监控模块和仓库信息模块，所述仓储系统的虚拟世界包括转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块监控采集信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块，虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块优化运转、布局输出仓储系统，物理世界的进出库监控模块和仓库信息模块通过该将仓储系统继续监控采集，并将仓储信息反馈到虚拟世界的转运工艺仿真模块和仓储布局仿真模块继续优化，如此循环。
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