CN114462203A - 一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统及方法，所述系统包括BIM模型集成、物联网平台以及三维仿真平台；所述BIM模型集成用于根据现场的物理实体构建1:1比例的BIM模型；所述物联网平台用于采集现场的物理实体的实时生产数据，发布对应的主题消息；所述三维仿真平台用于将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，在unity3D三维引擎中订阅物联网平台发布的主题消息，获取到物理实体的实时生产数据，在unity3D三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。本发明通过上述过程在物理实体与数字实体之间建立了强信息映射，保证了信息以不失真的方式在物理世界与数字世界之间实时、高速传递，进行焊缝位置、模型以及物料、质量、缺陷等数据的直观展示。
Description
技术领域
本发明涉及铁生产工艺及信息技术领域，具体涉及一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统及方法。
背景技术
冷轧是以热轧板卷为原料，冷加工生产出薄板产品，冷轧产品质量好、光洁度高和尺寸精度高等优点，因此，被广泛应用于汽车制造、家用电器等领域。
随着智能制造的快速发展，以制造为导向的物理信息系统通过构筑信息空间与物理空间数据交互的闭环通道，能够实现信息虚体与物理实体之间的交互联动，借助信息技术，实现制造的物理世界和信息世界的互联互通与智能化操作。将数字孪生应用于冷轧处理线智能化生产：将物理工厂中的实体模型及业务模型转化为虚拟工厂的信息模型，并建立虚拟工厂与物理工厂之间低延时、高保真的虚拟镜像；利用基于数字孪生的智能工厂仿真计算能力，仿真模拟产品从需求到产品、从订单到交付的制造全过程；形成优化的仿真结果，指导物理工厂的建立和运营；物理工厂的实时数据和状态为虚拟工厂的模型提供准确的修正。
构建完备的数字信息模型—BIM(建筑信息化模型)，将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在模型中；通过3D数字技术实时渲染模型，模拟设备动作，同步现场生产，实现物理实体与信息实体的一一映射；构建物理世界和数字世界的联接与互动离不开边缘计算，在数字世界建立起对多样协议、海量设备和跨系统的物理资产的实时映像，采集产线实时数据，实现物理世界与数字世界的数据映射。
发明内容
鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统，具体方案如下：
作为本发明的第一方面，提供一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统，所述系统包括BIM模型集成、物联网平台以及三维仿真平台；
所述BIM模型集成用于根据现场的物理实体构建1:1比例的BIM模型；
所述物联网平台用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并基于采集的物理实体的实时生产数据发布对应的主题消息；
所述三维仿真平台用于将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，在unity3D三维引擎中订阅物联网平台发布的主题消息，获取到物理实体的实时生产数据，在unity3D三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。
进一步地，所述unity3D三维引擎通过MQTT订阅物联网平台发布的主题消息。
进一步地，所述物联网平台包括边缘网关和消息服务EMQX Broker，所述边缘网关用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并以MQTT消息的形式发给EMQX Broker，所述EMQX Broker用于基于收到的MQTT消息发布对应的主题消息。
进一步地，所述物联网平台还包括智能感知设备，所述智能感知设备用于采集物理实体的实时生产数据并实时传输给边缘网关。
进一步地，所述实时生产数据包括物理实体的形态信息、状态信息和行为信息以及对应的物料数据。
作为本发明的第二方面，提供一种基于冷轧处理线三维生产仿真方法，所述方法包括：
根据现场的物理实体构建1:1比例的BIM模型；
采集现场的物理实体的实时生产数据，并基于采集的物理实体的实时生产数据发布对应的主题消息；
将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，在三维引擎中订阅物联网平台发布的主题消息，获取到物理实体的实时生产数据，在 unity3D三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。
进一步地，所述unity3D三维引擎通过MQTT订阅物联网平台发布的主题消息。
进一步地，通过物联网平台采集现场的物理实体的实时生产数据，所述物联网平台包括边缘网关和EMQX Broker，所述边缘网关用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并以MQTT消息的形式发给EMQX Broker，所述EMQX Broker用于基于收到的MQTT消息发布对应的主题消息。
进一步地，所述物联网平台还包括智能感知设备，所述智能感知设备用于采集物理实体的实时生产数据并实时传输给边缘网关。
进一步地，所述实时生产数据包括物理实体的形态信息、状态信息和行为信息以及对应的物料数据。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明基于冷轧处理线三维生产仿真技术，通过接收边缘网关层发出的数据，将BIM模型进行实时可视化展示；针对及涉及到的物料数据、质量数据、缺陷数据提供本地智能服务，实现了信息的就近处理和有用信息的提取，提高了整个系统的信息映射效率。
2)本发明中的边缘网关节点将周边智能感知设备传送来的具有不同协议的物理信息数据以面向对象的思想进行了初步的归类、整理和筛选，减少了数字系统与物理系统之间的数据传输的流量，在物理实体与数字实体之间建立了强信息映射。
3)本发明实现了物理系统的虚拟可视化，在边缘层节点处实现设备的仿真可视化，所构建的实体设备模型的外观和物理生产线保持高度一致，实现了生产线设备在边缘侧的数字孪生，生产制造仿真系统仿真生产环境，生成与物理生产线中各类设备、产品实时位置、位姿、状态信息相一致的虚拟生产线模型，并进行实时可视化展示。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于冷轧处理线三维生产仿真技术框架图；
图2为本发明实施例提供的基于冷轧处理线三维生产仿真技术流程图。
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，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统，所述系统包括 BIM模型集成、物联网平台以及三维仿真平台，所述物联网平台包括边缘网关、EMQX Broker和智能感知设备，所述边缘网关用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并以MQTT消息的形式发给EMQX Broker，所述EMQX Broker用于基于收到的MQTT消息发布对应的主题消息，所述智能感知设备用于采集物理实体的实时生产数据并实时传输给边缘网关。
本发明所要研究的生产系统是冷轧线处理系统，生产线中所涉及的设备为物理实体，通过布置在物理系统的智能感知设备采集生产线中物理实体的形态信息、状态信息和行为信息等；在数据采集平台下发配置，将边缘网关接收的周边智能感知设备传送过来的具有不同协议的物理信息数据并以MQTT协议进行数据转发；同时，根据现场的物理实体构建1:1比例的 BIM模型，将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，这些建模对象的几何模型的外观和物理生产线保持高度一致，实现了生产线设备在边缘侧的数字孪生。三维引擎中通过MQTT订阅物联网平台发布的主题消息，获取到边缘网关发布的数据消息，在三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。
本发明通过上述过程在物理实体与数字实体之间建立了强信息映射，保证了信息以不失真的方式在物理世界与数字世界之间实时、高速传递，进行焊缝位置、模型以及物料、质量、缺陷等数据的直观展示。
本发明提出的基于冷轧处理线三维生产仿真方法，主要有以下几个步骤：
(1)在BIM建模软件中，根据面向对象的思想对三维模型的构建层级进行梳理和归类，对于动态和静态的模型根据设备实际运行的东西进行分离，达到运动构件模型层次清晰，静态构件可以合并减面的效果。
(2)数据采集平台下发配置，获取边缘网关采集的生产现场数据，并通过MQTT的方式发送至服务器。
(3)生产制造仿真系统将BIM模型导入到三维引擎中轻量化处理和渲染，对虚拟生产线三维轻量化模型用着色、旋转、缩放等方式进行渲染，生成与物理生产线中各类设备、产品实时位置、位姿、状态信息相一致的虚拟生产线模型，进行实时可视化展示。通过MQTT协议订阅服务器的主题消息，在三维可视化引擎中模拟现场设备运行动作。
(4)生产制造仿真系统的焊缝跟踪随之带来的也是生产线上的物料跟踪、质量数据、缺陷数据的跟踪。这些数据通过Websocket或者MQTT协议方式发送至生产制造仿真系统中，在仿真系统中可以直观生动的展示当前的各种数据信息。
本发明基于冷轧处理线三维生产仿真技术在CAD建模方面基于AI的创成式设计工具提升设计效率，在CAE仿真方面集成先进的仿真工具通过融入无网格划分功能降低仿真时间。在数据采集方面，数据集成深度由单一要素向全要素集成发展，从基于部分业务的具备互联向基于工业互联网平台的全面互联演进，借助物联网平台的跨领域数据集成能力，构建包含产品全生命周期、全业务流程的数字线程，实现面向多领域数据深度集成，提升数据集成能力。借助数据采集平台下发配置，实时采集现场的生产数据，并根据面向对象的思想构建对象模板标签，有效的减少了数据采集工作的繁琐的流程和复杂性。利用面向对象的思想可以有效的跟三维引擎中的模型进行互相映射，从而有效的将数据采集和数据应用进行结合，减少了数据转换处理的时间，降低了终端处理器的计算压力。边缘网关节点的引入有提升了数据的有效性，减轻了数据库的存储压力，降低了终端处理器的计算负担，提高了整个仿真系统的信息映射效率。通过MQTT协议有效保证了数据的完整性和准确性，可以以极少的代码和有限的带宽，为三维引擎提供实时可靠的数据消息。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，在整个链路中起到了很重要的作用。
本发明可以真实的模拟冷轧处理线的生产作业流程，并在3D的环境更直观的展示所涉及的跟踪数据、物料数据、质量数据、缺陷数据等信息。实时模拟现场生产情况，远程监控现场的生产，有效的保障生产的平稳进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种基于冷轧处理线三维生产仿真系统，其特征在于，所述系统包括BIM模型集成、物联网平台以及三维仿真平台；
所述BIM模型集成用于根据现场的物理实体构建1:1比例的BIM模型；
所述物联网平台用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并基于采集的物理实体的实时生产数据发布对应的主题消息；
所述三维仿真平台用于将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，在unity3D三维引擎中订阅物联网平台发布的主题消息，获取到物理实体的实时生产数据，在unity3D三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。
2.根据权利要求1所述的基于冷轧处理线三维生产仿真系统，其特征在于，所述unity3D三维引擎通过MQTT订阅物联网平台发布的主题消息。
3.根据权利要求1所述的基于冷轧处理线三维生产仿真系统，其特征在于，所述物联网平台包括边缘网关和EMQX Broker，所述边缘网关用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并以MQTT消息的形式发给EMQX Broker，所述EMQX Broker用于基于收到的MQTT消息发布对应的主题消息。
4.根据权利要求1所述的基于冷轧处理线三维生产仿真系统，其特征在于，所述物联网平台还包括智能感知设备，所述智能感知设备用于采集物理实体的实时生产数据并实时传输给边缘网关。
5.根据权利要求1所述的基于冷轧处理线三维生产仿真系统，其特征在于，所述实时生产数据包括物理实体的形态信息、状态信息和行为信息以及对应的物料数据。
6.一种基于冷轧处理线三维生产仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
根据现场的物理实体构建1:1比例的BIM模型；
采集现场的物理实体的实时生产数据，并基于采集的物理实体的实时生产数据发布对应的主题消息；
将BIM模型嵌入到unity3D三维引擎中进行仿真可视化展示，在三维引擎中订阅物联网平台发布的主题消息，获取到物理实体的实时生产数据，在unity3D三维引擎中进行展示和同步模拟实际生产。
7.根据权利要求6所述的基于冷轧处理线三维生产仿真方法，其特征在于，所述unity3D三维引擎通过MQTT订阅物联网平台发布的主题消息。
8.根据权利要求6所述的基于冷轧处理线三维生产仿真方法，其特征在于，通过物联网平台采集现场的物理实体的实时生产数据，所述物联网平台包括边缘网关和EMQX Broker，所述边缘网关用于采集现场的物理实体的实时生产数据，并以MQTT消息的形式发给EMQXBroker，所述EMQX Broker用于基于收到的MQTT消息发布对应的主题消息。
9.根据权利要求8所述的基于冷轧处理线三维生产仿真方法，其特征在于，所述物联网平台还包括智能感知设备，所述智能感知设备用于采集物理实体的实时生产数据并实时传输给边缘网关。
10.根据权利要求6所述的基于冷轧处理线三维生产仿真方法，其特征在于，所述实时生产数据包括物理实体的形态信息、状态信息和行为信息以及对应的物料数据。
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| WO2024001391A1 (zh) * | 2022-07-01 | 2024-01-04 | 中冶南方工程技术有限公司 | 一种建立冷轧机组三维模型的方法、装置及存储介质 |
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