CN113343414A - 水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，包括：基于三维的数字化工厂建模模块，用于构建水泥固化生产线的GIS地图引擎与三维模型数据处理，通过构建多分辨率地图引擎，对各生产环节进行仿真、分析和优化；虚拟生产线仿真模块，用于基于对象的参数化生产线模型建库技术，快速建立对水泥固化制造生产线对象模型库；价值数据评价模块，用于从不同主题、不同粒度对生产数据进行统计分析处理，并利用数据挖掘、数据分析工具，从现场生产管理系统MES中提取数据，并以图表化的形式进行可视化展示。该系统让调度和生产管理人员能及时、直观了解到生产线的运行状况，并展示实时生产信息、统计生产信息、现场监控状态、三维数字生产线。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统。
背景技术
现有的水泥固化体生产线在监控与管理上存在很多的不足操作很不方便，因此提出一种让调度和生产管理人员能及时、直观了解到生产线的运行状况，并展示实时生产信息、统计生产信息、现场监控状态、三维数字生产线的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统包括：基于三维的数字化工厂建模模块，用于构建水泥固化生产线的GIS地图引擎与三维模型数据处理，通过构建多分辨率地图引擎，对各生产环节进行仿真、分析和优化；虚拟生产线仿真模块，用于基于对象的参数化生产线模型建库技术，快速建立对水泥固化制造生产线对象模型库；价值数据评价模块，用于从不同主题、不同维度、不同粒度对生产数据进行统计分析处理，并利用数据挖掘、数据统计、数据分析工具，从现场生产管理系统MES中提取数据，并以图表化、三维模型的形式进行可视化展示。
该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统具有的优点如下：
基于水泥固化生产的生产线三维模型，采用实时数据驱动的动态仿真技术，通过从水泥固化生产管理MES系统、生产线数据采集系统中获取生产过程的实时数据和生产运营数据，驱动数字化虚拟生产线的运行，从而非常直观地展现生产过程的全貌，即在虚拟环境下看到真实车间在加工哪一个固化体，生产线的运行状态，水泥计量仓、废液计量槽和放射性检验等仪器仪表数据；生产线故障报警；还可以很方便地查阅生产实际，比如在虚拟车间漫游，点击设备即可查看到设备的工作历史、关键数据历史曲线等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统的技术路线示意图。
图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统的模块示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，如图1所示，该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统的功能组成包括：基于三维的数字化工厂建模技术、虚拟生产线仿真研究和指标评价体系三部分。
(1)基于三维的数字化工厂建模
构建水泥固化生产线的GIS地图引擎与三维模型数据处理技术研究，通过构建多分辨率地图引擎，对生产各个环节，小到各个设备，大到生产单元、生产线设计仿真、分析和优化，并支持物流过程、各式设备、工厂布局、生产调度等并行工程。通过研究软件方面的算法提高海量数据存储与处理效率。研究基于GIS的生产过程信息综合集成技术，对生产线关键设备、区域进行实景影像监控，从而实时展现生产过程动态信息，及时相应生产现场异常情况。如参数超标、设备故障等生产突发状况。
(2)虚拟生产线仿真研究
虚拟生产线仿真基于对象的参数化生产线模型建库技术，快速建立对水泥固化制造生产线各个对象，包括生产设备、运输轨道、仪器仪表、阀门、检测计量仪、仓库等对象模型库。
仿真机制管理基于车间实际业务流程，面向水泥固化体生产过程，研究在三维工艺仿真系统上采用动态加载、模块化布局、层次化划分等方法快速构建仿真模型系统，开展系统仿真策略、仿真模型架构、仿真逻辑算法、仿真时钟的管理与实现方法。
模型运行驱动管理基于水泥固化生产线的加工工艺路线，使仿真模型能够根据产品实际的工艺路线实现子驱动加工和物料流动，同时管理并驱动车间各类加工设备、物流对象以及各类物料的运输、中转、装卸等运动仿真控制与管理等。
(3)价值数据评价
针对水泥固化生产线的制造特点，建立生产价值数据评价体系。从不同主题、不同维度、不同粒度对生产数据进行统计分析处理。利用数据挖掘、数据统计、数据分析工具等，从现场生产管理系统MES中提取数据，并以图表化、三维模型的形式进行可视化展示。
根据本申请的一个实施例，该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统的硬件组成如下：在一公司和二公司调度室安装可视化电子看板，配备有较高图形处理性能的终端PC，运行三维数字化生产线运行仿真与可视化系统，各系统间通过工业以太局域网互通互联。生产管理人员可以在调度室犹如置身生产车间现场一般实时掌握生产线的运行状态、产量统计信息、进度信息、关键数据历史曲线等。
一公司和二公司调度室的可视化看板采用拼接大屏，硬件组成包括多屏拼接屏、屏幕控制器、转接器、看板服务器、音频功放等，其中看板服务器用于安装和部署系统应用，屏幕控制器用于接收来自服务器的多路视频信号，并对视频信号进行处理、矩阵映射，显示到拼接屏的不同区域。
根据本申请的一个实施例，该水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统的软件组成如下：三维数字化生产线运行仿真与可视化系统以Unreal引擎作为底层三维渲染引擎，通过网络数据通信方式获取生成数据，将数据与对应的设备的三维模型进行绑定后显示出三维可视化效果。软件系统的模块组成如图2所示。
1、三维厂区漫游功能
三维数字化生产线运行仿真与可视化系统具备三维生产线漫游功能，具备自由漫游和固定线路漫游两种模式，其中自由漫游可调整不同的视角，如鸟瞰、定点和第一人称。漫游的操作采用触摸控制模式，在看板服务器外接的触摸屏上控制，同时触摸屏上显示的内容会实时同步到看板拼接屏上。
2、三维厂区地图快速定位功能
三维数字化生产线运行仿真与可视化系统具备地图定位功能，方便操作人员快速定位厂区具体位置，以获取相关信息。操作人员点击软件界面左上角的地图图标，软件会显示出厂区不同的区域缩略图，再点击具体的跨区即可快速定位到三维场景中。
3、逼真三维模型渲染功能
三维数字化生产线运行仿真与可视化系统采用次时代的Unreal引擎作为底层渲染引擎，采用3Dmax/maya进行三维模型的构建，采用PBR技术进行材质设计，让三维场景中的设备模型表现出逼真的效果，让视觉体验更加真实。
Unreal引擎的渲染系统包括RenderCore、RHI(Render Hardware Interface)抽象层、RHI实现层。该引擎系统采用了渲染线程机制，将程序逻辑和渲染内容并行执行，原来每一帧的渲染时间等于二者执行时间之和，使用渲染线程机制后每一帧的渲染时间只等于二者中用时最长的部分，因此渲染效率大大提升，可以满足三维仿真的要求。
4、数据图表显示功能
三维数字化生产线运行仿真与可视化系统将需要显示的数据以不同的形式展现出来，如曲线、柱状图和表盘图等，同时还具备显示不同周期数据的功能(比如按天、周、月显示)。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (7)
1.一种水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于，包括：
基于三维的数字化工厂建模模块，用于构建水泥固化生产线的GIS地图引擎与三维模型数据处理，通过构建多分辨率地图引擎，对各生产环节进行仿真、分析和优化；
虚拟生产线仿真模块，用于基于对象的参数化生产线模型建库技术，快速建立对水泥固化制造生产线对象模型库；
价值数据评价模块，用于从不同主题、不同维度、不同粒度对生产数据进行统计分析处理，并利用数据挖掘、数据统计、数据分析工具，从现场生产管理系统MES中提取数据，并以图表化、三维模型的形式进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述生产环节包括生产设备、生产单元、生产线设计。
3.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述基于三维的数字化工厂建模模块支持物流过程、各式设备、工厂布局、生产调度的并行工程。
4.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述基于三维的数字化工厂建模模块通过软件算法提高数据存储与处理效率，并基于GIS的生产过程信息综合集成技术，对生产线关键设备、区域进行实景影像监控，从而实时展现生产过程动态信息。
5.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述水泥固化制造生产线对象包括生产设备、运输轨道、仪器仪表、阀门、检测计量仪、仓库。
6.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述虚拟生产线仿真模块基于车间实际业务流程，面向水泥固化体生产过程，并采用动态加载、模块化布局、层次化划分方法构建仿真模型系统，开展系统仿真策略、仿真模型架构、仿真逻辑算法、仿真时钟的管理与实现方法。
7.根据权利要求1所述的水泥固化体生产线运行仿真与数字孪生系统，其特征在于：所述虚拟生产线仿真模块基于水泥固化生产线的加工工艺路线，使仿真模型能够根据产品实际的工艺路线实现子驱动加工和物料流动，同时管理并驱动车间各类加工设备、物流对象以及对各类物料的运输、中转、装卸运动仿真控制与管理。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113902866A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-07 | 广州市城市规划勘测设计研究院 | 一种双引擎驱动的数字孪生系统 |
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2021
- 2021-04-26 CN CN202110452233.5A patent/CN113343414A/zh active Pending
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