CN114035521A - 一种基于数字孪生的汽车分段建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车制造技术领域，尤其为一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，包括以下步骤：S1、搭建车身零、部件数字孪生虚拟模型及车身数字孪生虚拟模型；S2、搭建真实产线；S3、监测和分析由真实产线物理实体设备运行状态及位姿实时数据和车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据，实现对真实产线物理实体运行状态的动态监管。本发明采用分段建造汽车的方式，使汽车建造不受场地限制，有效提高汽车建造效率，通过数字孪生技术的接入，能够实现对物体实体的全面、高效测量，实时采集由真实产线物理实体设备运行状态及位姿数据，实现对真实产线物理实体设备运行状态的动态监管。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，具体为一种基于数字孪生的汽车分段建造方法。
背景技术
当前全球制造业正面临着产业增长缓慢、市场竞争压力变大、对客户需求的响应能力弱、生产柔性程度低等难题。随着新兴信息技术在制造业中的应用，智能制造已经成为制造业转型升级的重要途径。在智能制造环境下，通过配置智能化软硬件基础设施并进行集成，能够实现车间生产过程透明化、自治化以及实时、动态可控。
数字孪生技术作为解决智能制造信息物理融合难题和践行智能制造宗旨的关键技术，已逐渐得到学术界的广泛关注和研究，并在诸多工业化领域成功落地应用。具体来说，数字孪生技术是指以数字化的方式建立物理实体的多维度、多时空尺度、多学科、多途径、多物理量、多概率的数字化实体(动态虚拟模型)来仿真、刻画和反应物理实体在真实环境中的属性、行为和规则等特性，首先基于高精度的物理模型、历史数据以及传感器实时数据更新构建物理实体完整映射在数字化空间(虚拟空间)的虚拟模型，从而反映相对应的物理实体的全生命周期过程的技术。实现物理实体的健康状态、剩余使用寿命以及任务可达性的预测，并能够比较预测结果与真实响应，及时发现未知问题，进而对物理实体系统触发自修复机制和任务重规划以降低损失和错误发生。数字孪生技术作为解决“工业4.0”时代信息融合、智能制造理念与目标的关键技术，得到学界广泛关注与研究，并被工业界引入到越来越多的领域落地应用。
目前国内外汽车制造研究主要集中于智能制造模式分析、智能工厂/车间硬件配置等方面，缺乏有效的提高汽车建造效率的手段，汽车车间对场地要求较高，缺乏更为全面的物体实体测量方式，测量效率低，且无法实现当前状态的分析和诊断，不利于决策的实施。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，解决了现有的汽车建造方式缺乏有效的提高汽车建造效率的手段，汽车车间对场地要求较高，缺乏更为全面的物体实体测量方式，测量效率低，且无法实现当前状态的分析和诊断，不利于决策的实施的问题。
（二）技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，包括以下步骤：
S1、将车身零、部件三维设计图作为第一部分数字孪生图的物理结构，搭建车身零、部件数字孪生虚拟模型，根据车身零、部件数字孪生虚拟模型将车身零、部件划分为多个建造分段，建立车身零、部件建造分段之间的映射联动关系；将车身三维设计图作为第二部分数字孪生图的物理结构，搭建车身数字孪生虚拟模型，根据车身数字孪生虚拟模型将车身划分为多个建造分段；建立车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系；
S2、搭建真实产线，首先基于第一部分数字孪生图将各车身零、部件划分为多个建造分段，运行真实产线并根据零、部件数字孪生虚拟模型运行时分段的零、部件建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将处于建造分段状态的各车身零、部件依据零、部件分段建造顺序组装成完整的物理实体；再基于第二部分数字孪生图将车身划分为多个建造分段，根据车身数字孪生虚拟模型运行时车身建造顺序以及车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系，将处于建造分段状态的车身依据车身分段建造顺序组装成完整的物理实体；
S3、监测和分析由真实产线物理实体设备运行状态及位姿实时数据和车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据，在真实产线物理实体运行过程中对物理数据进行反复验证，实现对真实产线物理实体运行状态的动态监管。
进一步地，所述车身零、部件包括车身壳体、车身钣金件、车门、车窗、车身内外装饰件和车身附件。
进一步地，所述车身零、部件划分前段和后段两个相关联的建造分段，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与后段进行连接。
进一步地，所述车身零、部件划分前段、中段和后段三个相关联的建造分段，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与中段、中段与后段依次进行连接。
进一步地，所述车身零、部件数字孪生虚拟模型和车身数字孪生虚拟模型的仿真工作环境与真实产线实体工作环境保持一致，仿真物理数据与实体物理数据完全相同，其实体物理数据包括几何尺寸、材料属性、电路结构和连接关系数据。
进一步地，所述监测和分析真实产线设备运行状态及位姿实时数据是通过传感组件对设备运行状态及位姿数据进行采集的，通过云平台对由传感组件采集到的运行状态及位姿实时数据与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据进行分析与比较，判断真实产线设备运行的状态数据与位姿是否与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行时产生的虚拟数据一致，实现对真实产线汽车分段建造的反馈动态控制。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，具备以下有益效果：
本发明，采用分段建造汽车的方式，使汽车建造不受场地限制，有效提高汽车建造效率，通过数字孪生技术的接入，能够实现对物体实体的全面、高效测量，实时采集由真实产线物理实体设备运行状态及位姿数据，通过云平台对设备当前状态进行分析与诊断，实现对真实产线物理实体设备运行状态的动态监管，保证未来决策的高效性与可靠性，利于决策的实施。
附图说明
图1为本发明基于数字孪生的汽车分段建造方法步骤示意图。
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。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。
实施例
如图1所示，本发明一个实施例提出的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，包括以下步骤：
S1、将车身零、部件三维设计图作为第一部分数字孪生图的物理结构，搭建车身零、部件数字孪生虚拟模型，根据车身零、部件数字孪生虚拟模型将车身零、部件划分为多个建造分段，建立车身零、部件建造分段之间的映射联动关系；将车身三维设计图作为第二部分数字孪生图的物理结构，搭建车身数字孪生虚拟模型，根据车身数字孪生虚拟模型将车身划分为多个建造分段；建立车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系；
S2、搭建真实产线，首先基于第一部分数字孪生图将各车身零、部件划分为多个建造分段，运行真实产线并根据零、部件数字孪生虚拟模型运行时分段的零、部件建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将处于建造分段状态的各车身零、部件依据零、部件分段建造顺序组装成完整的物理实体；再基于第二部分数字孪生图将车身划分为多个建造分段，根据车身数字孪生虚拟模型运行时车身建造顺序以及车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系，将处于建造分段状态的车身依据车身分段建造顺序组装成完整的物理实体；
S3、监测和分析由真实产线物理实体设备运行状态及位姿实时数据和车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据，在真实产线物理实体运行过程中对物理数据进行反复验证，实现对真实产线物理实体运行状态的动态监管。
在一些实施例中，车身零、部件包括车身壳体、车身钣金件、车门、车窗、车身内外装饰件和车身附件；其中，车身钣金件包括散热器、发动机罩、翼子板、挡泥板、驾驶室上的踏脚板、承载式轿车的保险杆等；车身内装饰件主要有仪表板、顶篷、侧壁、座位的表面覆饰等。车身外装饰件则有装饰条、车轮装饰罩、车辆标志等；车身附件包括车门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、扶手及辅助车身电器元件、安全带、安全气囊及座椅头枕等；在实际应用时，车身附件尺寸较小、便于制造，一般无需进行建造分段。
根据实际需求，可将车身零、部件划分前段和后段两个相关联的建造分段，或划分为前段、中段和后段三个相关联的建造分段；将车身零、部件划分前段和后段两个相关联的建造分段时，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与后段进行连接。当将车身零、部件划分前段、中段和后段三个相关联的建造分段时，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与中段、中段与后段依次进行连接；具体应用时，如汽车后地板，现有的对汽车后地板进行加工的方式一般采用一体冲压，但这种方式对模具要求较高，模具设计难度大，且冲压制得的后地板易开裂，质量不高。本实施例采用分段建造方式，可将汽车后地板分为前段、中段和后段，首先分别建造汽车后地板的前段、中段和后段，再将汽车后地板的前段与中段、中段与后段依次进行焊接；分段建造方式降低了冲压深度，避免造成汽车地板出现开裂、褶皱风险，保证了汽车后地板的质量，提高了汽车的建造效率，且场地限制小，适用性强。
在上述实施例中，在进行汽车后地板分段建造时，由分布于设备上的传感器实时采集设备运行状态及位姿实时数据，并将该数据通过总线上传至云平台，由云平台对由各传感器采集到的运行状态及位姿实时数据与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据进行分析与比较，判断在加工汽车后地板时，真实产线设备运行的状态数据与位姿是否与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行时产生的虚拟数据一致，通过虚实同步结合的方式实现对真实产线设备运行状态及位姿的实时监测，实现对真实产线汽车分段建造的反馈动态控制。
在一些实施例中，车身零、部件数字孪生虚拟模型和车身数字孪生虚拟模型的仿真工作环境与真实产线实体工作环境保持一致，仿真物理数据与实体物理数据完全相同，其实体物理数据包括几何尺寸、材料属性、电路结构和连接关系数据。
在一些实施例中，监测和分析真实产线设备运行状态及位姿实时数据是通过传感组件对设备运行状态及位姿数据进行采集的，通过云平台对由传感组件采集到的运行状态及位姿实时数据与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据进行分析与比较，判断真实产线设备运行的状态数据与位姿是否与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行时产生的虚拟数据一致；能够实现对物体实体的全面、高效测量，实时采集由真实产线物理实体设备运行状态及位姿数据，通过云平台对设备当前状态进行分析与诊断，实现对真实产线物理实体设备运行状态的动态监管，保证未来决策的高效性与可靠性，利于决策的实施。
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 (6)
1.一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将车身零、部件三维设计图作为第一部分数字孪生图的物理结构，搭建车身零、部件数字孪生虚拟模型，根据车身零、部件数字孪生虚拟模型将车身零、部件划分为多个建造分段，建立车身零、部件建造分段之间的映射联动关系；将车身三维设计图作为第二部分数字孪生图的物理结构，搭建车身数字孪生虚拟模型，根据车身数字孪生虚拟模型将车身划分为多个建造分段；建立车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系；
S2、搭建真实产线，首先基于第一部分数字孪生图将各车身零、部件划分为多个建造分段，运行真实产线并根据零、部件数字孪生虚拟模型运行时分段的零、部件建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将处于建造分段状态的各车身零、部件依据零、部件分段建造顺序组装成完整的物理实体；再基于第二部分数字孪生图将车身划分为多个建造分段，根据车身数字孪生虚拟模型运行时车身建造顺序以及车身零、部件建造分段与车身建造分段的映射联动关系，将处于建造分段状态的车身依据车身分段建造顺序组装成完整的物理实体；
S3、监测和分析由真实产线物理实体设备运行状态及位姿实时数据和车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据，在真实产线物理实体运行过程中对物理数据进行反复验证，实现对真实产线物理实体运行状态的动态监管。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：所述车身零、部件包括车身壳体、车身钣金件、车门、车窗、车身内外装饰件和车身附件。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：所述车身零、部件划分前段和后段两个相关联的建造分段，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与后段进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：所述车身零、部件划分前段、中段和后段三个相关联的建造分段，根据建造顺序以及车身零、部件建造分段之间的映射联动关系，将前段与中段、中段与后段依次进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：所述车身零、部件数字孪生虚拟模型和车身数字孪生虚拟模型的仿真工作环境与真实产线实体工作环境保持一致，仿真物理数据与实体物理数据完全相同，其实体物理数据包括几何尺寸、材料属性、电路结构和连接关系数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的汽车分段建造方法，其特征在于：所述监测和分析真实产线设备运行状态及位姿实时数据是通过传感组件对设备运行状态及位姿数据进行采集的，通过云平台对由传感组件采集到的运行状态及位姿实时数据与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行产生的虚拟数据进行分析与比较，判断真实产线设备运行的状态数据与位姿是否与车身零、部件数字孪生虚拟模型、车身数字孪生虚拟模型运行时产生的虚拟数据一致，实现对真实产线汽车分段建造的反馈动态控制。
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