CN113553312A - 一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法。本发明包括以下步骤：S1：根据电梯生产工艺场景，建立包括车间级Scada监控、生产线级Scada监控和单体工位级Scada监控的数字场景；S2：采用B/S架构，构建电梯生产数字孪生系统，在客户端的界面显示数字场景，进行查询操作，在服务端运行查询业务逻辑；S3：操作人员在客户端发送服务查询请求，在权限验证后通过内网向服务端发送服务查询请求，服务端执行服务查询请求。根据电梯生产工艺构建数字孪生系统，分别对车间级、生产线级和单体工位级进行监控，实现电梯生产可视化的定制化需求。

Description

一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法

技术领域

本发明涉及一种智能制造数字孪生领域，尤其涉及一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法。

背景技术

在现代化的工业生产制造中，尽管自动化生产能够提高企业的生产效率，但是要做到降低成本的情况下提高生产质量并不是很容易的事，因此生产流程可视化的实施则能解决这些看似不能的事情，可以实现生产过程精益管理，从而能够在第一时间解决生产中的问题，使生产平稳高效进行。

生产可视化数字孪生建设可以解决以下问题：

1. 提升自动识别效率

传统的生产工艺中多采用手动扫码方式进行产品识别，此间不仅操作步骤繁多，而且还容易出错。而生产流程可视化可以自动进行系统识别，不用人工手动扫描，从而极大减少人为错误，提高企业生产自动识别的效率。

2.积极进行异常预警与质量管控

因为现代化的生产工艺的越来越复杂，产品质量管理需要不断提升，但是传统的工业生产过程往往容易出现装载错误和工具错误等，而生产流程可视化数字孪生能够积极进行异常预警与质量管控，通过定位系统进行记录与报警，并与生产管理系统结合起来进行综合评审。

3. 有效管控成本与优化生产计划

生产流程可视化可以通过定位简化生产过程、提高生产效率、降低人工成本等，对生产计划进行优化，实现成本控制。

但是目前数字孪生技术基本上没有在电梯生产领域的应用。

发明内容

本发明主要解决现有技术数字孪生技术缺少在电梯生产领域应用的问题；提供一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，包括以下步骤：

S1：根据电梯生产工艺场景，建立包括车间级Scada监控、生产线级Scada监控和单体工位级Scada监控的数字场景；

S2：采用B/S架构，构建电梯生产数字孪生系统，在客户端的界面显示数字场景，进行查询操作，在服务端运行查询业务逻辑；

S3：操作人员在客户端发送服务查询请求，在权限验证后通过内网向服务端发送服务查询请求，服务端执行服务查询请求。

通过车间级的整体产量和质量采集与监控，实现车间级智能化数字化改造，解决了整体产量质量情况把握和质量分析及故障预测问题；通过生产线级的全流程智能实时监控，实现生产线级智能化数字化改造，解决了生产线全流程操作和产量的追溯以及订单实时监控问题；通过单体工位级的实时监控，实现工位级工作状态、实时操作跟踪以及历史报警信息展示，同时通过单体工位级的三维图实时监控当前报警信息，包含报警等级、报警时间、报警类型、报警图片以及报警可能性推理分析等。本方案基于电梯生产工艺场景建立数字场景，将数字孪生应用在

作为优选，所述的客户端的界面包括重点生产线线体服务查询模块，重点生产线线体服务查询模块包括但不限于上坎线扭矩查询、专机线产量查询和钣金线工艺查询。基于电梯生产工艺场景进行相关内容的设计。

作为优选，所述的步骤S3具体包括如下步骤：

S31：操作人员通过在客户端的界面上点击数字场景的不同视角和功能按钮进行服务查询请求，电梯生产数字孪生系统通过按钮获取到操作人员的服务查询请求；

S32：对操作人员进行权限判断，判断服务查询请求是否符合该操作人员的操作权限；若是，则将服务查询请求通过局域网传输到内网服务器端；若否，则跳转到门户页，返回步骤S31；

S33：服务端执行查询任务，判断服务端是否查询到结果；若是，则进入步骤S34；若否，则结束本次服务查询请求；

S34：返回查询结果集，将查询结果经过format格式化后，将格式化后的查询结果返回给操作人员。

查询结果需要经过format格式化，形成操作人员可以看懂的数据结构，才可以返回。

作为优选，所述的服务端包括分布式的服务器，服务查询请求访问服务器的过程中采用了负载均衡机制。为了保证服务访问的性能，加入了负载均衡机制。

作为优选，所述的负载均衡机制具体包括如下步骤：

1）每读取一行电梯生产数字孪生系统接收到的json服务数据时，电梯生产数字孪生系统自动将其类型type和目录content以x轴和y轴的形式建立QueryPoint对象；

2）将QueryPoint结合时间time形成本体插入到R-Query请求树中；

3）获取R-Query请求树的服务量级m；

4）如果R-Query请求树达到了单体服务器最大工作上限，则寻找当前空闲的服务器，如果存在空闲服务器并且没有额外服务请求时，获取当前服务器ID；

5）读取服务器内存和CPU，加入执行请求列表中；

6）依次遍历服务器，获得能够负载均衡的服务器列表。

应用了R树的空间索引的概念，从而将服务器的资源应用情况统一管理并快速搜索。

作为优选，所述的权限判断过程具体包括以下步骤：

将不同权限运用HASH算法获得对应的HASH值；

将不同权限的HASH值随机长度分割成两段，分别归集到IP权限和ID权限中；

不同客户端根据其IP分别赋予不同权限，将该权限分割后的IP权限绑定到该客户端的IP下；

不同操作人员根据其ID分别赋予不同权限，将该权限分割后的ID权限绑定到该操作人员的ID下；

当操作人员在客户端执行服务查询请求时，获取发起请求的时间戳，根据操作人员的ID获取操作人员的操作时间段；

判断发起请求的时间戳是否处于操作人员的操作时间段中，若是，则执行下一步；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限；

根据操作人员的ID和客户端的IP分别获取ID权限和IP权限，依次两两组合，与各权限的HASH值对比，获得操作权限集；

判断操作人员的服务查询请求是否在操作权限集中，若是，则判定服务查询请求符合该操作人员的操作权限；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限。

确保相关的操作人员在合适的地点、合适的时间段进行合适的操作。

作为优选，单体工位级Scada监控用于对设备工作状态的监控以及故障预警；

所述故障预警的具体过程为：

设置阈值上下限，取阈值上下限的平均值为标准值；

将读取到的实时值拟合为曲线；

取额定时间T，当实时值小于标准值时，求取实时值拟合的曲线与阈值下限之间的面积；当实时值大于标准值时，求取实时值的拟合曲线与阈值上限之间的面积；

计算实时值拟合的曲线与阈值上限或与阈值下限之间的面积和占额定时间T内阈值上下限之间面积的比例；

当面积比例小于15%时，通过显示界面的文字播报告警，并通过短信或邮件方式提醒对应管理者。

本发明的有益效果是：

1.根据电梯生产工艺构建数字孪生系统，分别对车间级、生产线级和单体工位级进行监控，实现电梯生产可视化的定制化需求。

2.采用负载均衡算法，保证服务访问的性能，应用了R树的空间索引的概念，从而将服务器的资源应用情况统一管理并快速搜索。

3. 操作人员的权限判断过程确保相关的操作人员在合适的地点、合适的时间段进行合适的操作。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，包括以下步骤：

S1：根据电梯生产工艺场景，建立包括车间级Scada监控、生产线级Scada监控和单体工位级Scada监控的数字场景。

电梯生产工艺超级工厂平台包括车间级整体监控、生产线级整体监控和单体工位监控等功能。

车间级整体监控，分别包含车间级产量监控、车间级质量监控、车间级工位在线监控和车间级报警监控。通过车间级的整体产量和质量监控，实现车间级智能化数字化改造，解决了整体产量质量情况把握和质量分析及故障预测问题。

生产线级整体监控，分别包含生产线流程跟踪、生产线历史质量追溯、生产线生产信息监控和生产线生产数据监控。通过生产线级的全流程智能实时监控，实现生产线级智能化数字化改造，解决了生产线全流程操作和产量的追溯以及订单实时监控问题。

单体工位监控，分别包含单体工位设备概述、单体工位实时数据监控、单体工位实时操作跟踪和单体工位虚实联动。通过单体工位级的实时监控，实现工位级工作状态、实时操作跟踪以及历史报警信息展示。

S2：采用B/S架构，构建电梯生产数字孪生系统，在客户端的界面显示数字场景，进行查询操作，在服务端运行查询业务逻辑。

电梯生产数字孪生系统采用B/S架构，包括通过企业内网通信连接的客户端和服务端。

客户端的界面包括重点生产线线体服务查询模块，重点生产线线体服务查询模块包括但不限于上坎线扭矩查询、专机线产量查询和钣金线工艺查询。

服务端包括分布式的服务器，服务查询请求访问服务器的过程中采用了负载均衡机制。

负载均衡机制具体包括如下步骤：

1）每读取一行电梯生产数字孪生系统接收到的json服务数据时，电梯生产数字孪生系统自动将其类型type和目录content以x轴和y轴的形式建立QueryPoint对象；

2）将QueryPoint结合时间time形成本体插入到R-Query请求树中；

3）获取R-Query请求树的服务量级m；

4）如果R-Query请求树达到了单体服务器最大工作上限，则寻找当前空闲的服务器，如果存在空闲服务器并且没有额外服务请求时，获取当前服务器ID；

5）读取服务器内存和CPU，加入执行请求列表中；

6）依次遍历服务器，获得能够负载均衡的服务器列表。

上述负载均衡算法的核心点在于，应用了R树的空间索引的概念，从而将服务器的资源应用情况统一管理并快速搜索。R树是一棵平衡树，是B树在多维空间的扩展，服务器资源数据对象都是存储在R树的叶结点中，而中间的非叶结点存储的是MBR（MinimalBounding Rectangle）最小边界矩形，这个最小边界矩形是广义概念，二维上是矩形，三维空间上就是长方体MBV（Minimum Boundary Volume），以此类推到高维空间。这些MBR中包含了指向不同叶结点的指针或者指向下一级MBR的指针，这样就形成一个树形结构索引。对于凡是建立了R树空间索引的服务管理系统，当用户需要进行高维空间查询时，应用R树索引只需要根据指针指向遍历极少数的结点，查看由这些结点的指针指向的最终端结点所包含的数据是否满足查询条件即可。这样就不必扫描服务资源数据表内所有数据来寻求答案，查询效率会有显著提高。

当客户端启动后，系统通过浏览器可以将系统主界面呈现给用户，客户端界面主要由重点生产线线体服务查询模块组成；重点生产线线体查询模块分别包含上坎线扭矩查询、专机线产量查询、钣金线工艺查询等信息，客户端进而将获取到的信息传入内网的服务端中。

系统采用B/S架构，因此系统将浏览器操作人员的服务请求传入系统，首先系统后台先要获取查询条件，并通过每个工艺的信息建立模型，并利用语义标签化的形式将请求关键字进行标记。之后系统后台查询数据库，此步系统通过分布式查询方式来提高查询效率，最后将查询结果返回给操作人员。

S3：操作人员在客户端发送服务查询请求，在权限验证后通过内网向服务端发送服务查询请求，服务端执行服务查询请求。

S31：操作人员通过在客户端的界面上点击数字场景的不同视角和功能按钮进行服务查询请求，电梯生产数字孪生系统通过按钮获取到操作人员的服务查询请求。

S32：对操作人员进行权限判断，判断服务查询请求是否符合该操作人员的操作权限；若是，则将服务查询请求通过局域网传输到内网服务器端；若否，则跳转到门户页，返回步骤S31。

权限判断过程具体包括以下步骤：

将不同权限运用HASH算法获得对应的HASH值；

将不同权限的HASH值随机长度分割成两段，分别归集到IP权限和ID权限中；

不同客户端根据其IP分别赋予不同权限，将该权限分割后的IP权限绑定到该客户端的IP下；

不同操作人员根据其ID分别赋予不同权限，将该权限分割后的ID权限绑定到该操作人员的ID下；

当操作人员在客户端执行服务查询请求时，获取发起请求的时间戳，根据操作人员的ID获取操作人员的操作时间段；

判断发起请求的时间戳是否处于操作人员的操作时间段中，若是，则执行下一步；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限；

根据操作人员的ID和客户端的IP分别获取ID权限和IP权限，依次两两组合，与各权限的HASH值对比，获得操作权限集；

判断操作人员的服务查询请求是否在操作权限集中，若是，则判定服务查询请求符合该操作人员的操作权限；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限。

S33：服务端执行查询任务，判断服务端是否查询到结果；若是，则进入步骤S34；若否，则结束本次服务查询请求。

S34：返回查询结果集，将查询结果经过format格式化后，将格式化后的查询结果返回给操作人员。

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据电梯生产工艺场景，建立包括车间级Scada监控、生产线级Scada监控和单体工位级Scada监控的数字场景；

S2：采用B/S架构，构建电梯生产数字孪生系统，在客户端的界面显示数字场景，进行查询操作，在服务端运行查询业务逻辑；

S3：操作人员在客户端发送服务查询请求，在权限验证后通过内网向服务端发送服务查询请求，服务端执行服务查询请求。

2.根据权利要求1所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，所述的客户端的界面包括重点生产线线体服务查询模块，重点生产线线体服务查询模块包括但不限于上坎线扭矩查询、专机线产量查询和钣金线工艺查询。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包括如下步骤：

S31：操作人员通过在客户端的界面上点击数字场景的不同视角和功能按钮进行服务查询请求，电梯生产数字孪生系统通过按钮获取到操作人员的服务查询请求；

S32：对操作人员进行权限判断，判断服务查询请求是否符合该操作人员的操作权限；若是，则将服务查询请求通过局域网传输到内网服务器端；若否，则跳转到门户页，返回步骤S31；

S33：服务端执行查询任务，判断服务端是否查询到结果；若是，则进入步骤S34；若否，则结束本次服务查询请求；

S34：返回查询结果集，将查询结果经过format格式化后，将格式化后的查询结果返回给操作人员。

4.根据权利要求1所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，所述的服务端包括分布式的服务器，服务查询请求访问服务器的过程中采用了负载均衡机制。

5.根据权利要求4所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，所述的负载均衡机制具体包括如下步骤：

1）每读取一行电梯生产数字孪生系统接收到的json服务数据时，电梯生产数字孪生系统自动将其类型type和目录content以x轴和y轴的形式建立QueryPoint对象；

2）将QueryPoint结合时间time形成本体插入到R-Query请求树中；

3）获取R-Query请求树的服务量级m；

4）如果R-Query请求树达到了单体服务器最大工作上限，则寻找当前空闲的服务器，如果存在空闲服务器并且没有额外服务请求时，获取当前服务器ID；

5）读取服务器内存和CPU，加入执行请求列表中；

6）依次遍历服务器，获得能够负载均衡的服务器列表。

6.根据权利要求3所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，所述的权限判断过程具体包括以下步骤：

将不同权限运用HASH算法获得对应的HASH值；

将不同权限的HASH值随机长度分割成两段，分别归集到IP权限和ID权限中；

不同客户端根据其IP分别赋予不同权限，将该权限分割后的IP权限绑定到该客户端的IP下；

不同操作人员根据其ID分别赋予不同权限，将该权限分割后的ID权限绑定到该操作人员的ID下；

当操作人员在客户端执行服务查询请求时，获取发起请求的时间戳，根据操作人员的ID获取操作人员的操作时间段；

判断发起请求的时间戳是否处于操作人员的操作时间段中，若是，则执行下一步；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限；

根据操作人员的ID和客户端的IP分别获取ID权限和IP权限，依次两两组合，与各权限的HASH值对比，获得操作权限集；

判断操作人员的服务查询请求是否在操作权限集中，若是，则判定服务查询请求符合该操作人员的操作权限；若否，则判定服务查询请求不符合该操作人员的操作权限。

7.根据权利要求1所述的一种基于电梯生产工艺的数字孪生建设方法，其特征在于，单体工位级Scada监控用于对设备工作状态的监控以及故障预警；

所述故障预警的具体过程为：

设置阈值上下限，取阈值上下限的平均值为标准值；

将读取到的实时值拟合为曲线；

取额定时间T，当实时值小于标准值时，求取实时值拟合的曲线与阈值下限之间的面积；当实时值大于标准值时，求取实时值的拟合曲线与阈值上限之间的面积；

计算实时值拟合的曲线与阈值上限或与阈值下限之间的面积和占额定时间T内阈值上下限之间面积的比例；

当面积比例小于15%时，通过显示界面的文字播报告警，并通过短信或邮件方式提醒对应管理者。