CN114967619A - 一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，属于数字孪生技术领域，包括数据存储系统、数据采集系统、数据孪生系统和交互监测管理系统；本发明采用数据孪生技术对工业工厂中的各级各类工业设备进行虚拟仿真，并基于现有的SCADA系统、MES系统和视频监控系统对工业设备数据监控系统进行技术升级，构建出工业设备孪生模型，其相较于与现有的工业设备数据监测系统而言，通过数据孪生技术构建出的工业设备孪生模型能够对工业设备各类数据进行3D显示，有利于直观反映出工业设备的实际运行数据和运行状态，同时通过数据孪生对各级各类工业设备进行三维动态化模拟实验，有利于直观反映出设备的磨损状况，便于管理人员进行工业设备的高效统筹管理。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生技术领域，尤其涉及一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统。
背景技术
随着工业生产现代化进程的不断加快，工业设备也向大型化、连续化、高速化和自动化方向快速发展，其性能越来越高，功能也越来越多，这使得对工业设备运行状况实时监控就显得尤为重要；目前，工业工厂大多采用SCADA系统、MES系统和视频监控系统等实现对工业设备实时数据监测；例如：中国专利号CN110262423A公开了一种基于工业物联网的MES监控系统，该类发明虽然能够实现对工业设备实时数据监测，但存在一定局限性：如工业设备监测数据反映不够直观，其多以数字形式或二维图纸进行信息展示；各设备之间的数据存在异构；数字孪生技术是一种集成多物理量、多尺度、多概率属性的仿真过程，能够在虚拟空间中生成物理实体的镜像，实现两者之间的实时交互映射，通过多重手段获取并分析物理模型的实时信息，能够呈现物理模型中的多种要素及整个生命周期中的实时动态运行情况，从而实现对物理实体的实时监测和管控；因此，如何结合数字孪生技术实现对各类工业设备实时数据监测，以提高管理员的管理效率已成为当下研究重点；为此，我们提出一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，包括数据存储系统、数据采集系统、数据孪生系统和交互监测管理系统；
所述数据孪生系统分别与数据存储系统、数据采集系统和交互监测管理系统通信连接；所述数据存储系统和数据采集系统通信连接；所述数据存储系统和交互监测管理系统通信连接；
所述数据存储系统用于存储各类工业设备的相关信息；所述相关信息包括设备物理信息、设备基础信息、设备磨损量信息和设备实时运行信息；
所述数据采集系统用于实时采集各级各类工业设备的设备实时运行信息，并传输至数据孪生系统中；
所述数据孪生系统用于根据所述数据存储系统中的各类工业设备的相关信息对各级各类工业设备进行虚拟仿真，构建虚拟工厂孪生体，同时根据所述数据采集系统采集到的信息对虚拟工厂孪生体进行动态更新；
所述交互监测管理系统用于根据所述虚拟工厂孪生体对各级各类工业设备进行可视化数据监测和动态管理。
进一步地，所述数据存储系统包括设备物理数据库和设备信息数据库；所述设备物理数据库用于存储各级各类工业设备的设备物理信息；所述设备物理信息包括设备几何结构、设备材料属性、外观颜色、体积重量和结构尺寸；所述设备信息数据库用于存储各级各类工业设备的设备基础信息；所述设备基础信息包括设备用途、设备品牌、设备型号、设备编号和设备使用厂间。
进一步地，所述数据孪生系统包括仿真构建模块和虚拟孪生体模块；所述仿真构建模块用于根据所述设备物理信息和设备基础信息，并基于三维仿真技术对所述各级各类工业设备进行虚拟仿真，形成虚拟工厂孪生体；所述虚拟孪生体模块用于演示所述虚拟工厂孪生体。
进一步地，所述数据采集系统包括网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统和数据处理子系统；所述网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统用于采集所述各级各类设备的设备实时运行信息；所述数据处理子系统用于对所述设备实时运行信息进行数据清洗、数据去噪、数据缺失值修复和数据格式统一处理，并输送至数字孪生系统中。
进一步地，所述数据孪生系统还包括模型更新模块，所述模型更新模块用于根据所述设备实时运行信息对所述虚拟工厂孪生体进行动态化更新；所述可视化监测模块用于对动态化更新的虚拟工厂孪生体进行数据监测和三维演示，以便实现管理人员实现对物理设备实体的实时动态化的三维监测。
进一步地，所述数据存储系统还包括设备磨损数据库，所述设备磨损数据库用于存储所述设备磨损量信息；所述设备磨损量信息是指所述各级各类设备的磨损区间，该磨损区间定义了各级各类设备使用寿命。
进一步地，所述数据孪生系统还包括模型实验模块，所述模型实验模块用于根据各级各类设备的磨损区间和设备实时运行信息对虚拟工厂孪生体中的各级各类设备进行虚拟实验，获取各级各类设备的虚拟实验数据；所述交互监测管理系统还包括监测评估模块、设备控制模块和设备管理模块，所述监测评估模块评估用于根据所述各级各类设备的虚拟实验数据对各级各类设备使用寿命进行评估，生成各级各类设备评估报告；所述设备控制模块根据用于所述各级各类设备评估报告对各级各类设备进行过程控制；所述设备管理模块根据所述各级各类设备评估报告对各级各类设备进行设备管理。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本申请提出的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其采用数据孪生技术对工业工厂中的各级各类工业设备进行虚拟仿真，并基于现有的SCADA系统、MES系统和视频监控系统对工业设备数据监控系统进行技术升级，构建出工业设备孪生模型，其相较于与现有的工业设备数据监测系统而言，通过数据孪生技术构建出的工业设备孪生模型能够对工业设备各类数据进行3D显示，有利于直观反映出工业设备的实际运行数据和运行状态，同时通过数据孪生技术对各级各类工业设备进行三维动态化模拟实验，有利于直观反映出设备的磨损状况，进而便于管理人员进行工业设备的高效统筹管理。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统的整体结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，本实施例公开了一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，包括数据存储系统、数据采集系统、数据孪生系统和交互监测管理系统；
数据孪生系统分别与数据存储系统、数据采集系统和交互监测管理系统通信连接；数据存储系统和数据采集系统通信连接；数据存储系统和交互监测管理系统通信连接；
数据存储系统用于存储各类工业设备的相关信息；相关信息包括设备物理信息、设备基础信息、设备磨损量信息和设备实时运行信息；
具体的，该数据存储系统包括设备物理数据库和设备信息数据库；该设备物理数据库用于存储各级各类工业设备的设备物理信息；该设备物理信息包括设备几何结构、设备材料属性、外观颜色、体积重量和结构尺寸；该设备信息数据库用于存储各级各类工业设备的设备基础信息；该设备基础信息包括设备用途、设备品牌、设备型号、设备编号和设备使用厂间。
具体的，该数据存储系统还包括设备磨损数据库，设备磨损数据库用于存储设备磨损量信息；设备磨损量信息是指各级各类设备的磨损区间，该磨损区间定义了各级各类设备使用寿命。
数据采集系统用于实时采集各级各类工业设备的设备实时运行信息，并传输至数据孪生系统中；
具体的，该数据采集系统包括网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统和数据处理子系统；网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统用于采集各级各类设备的设备实时运行信息；该数据处理子系统用于对设备实时运行信息进行数据清洗、数据去噪、数据缺失值修复和数据格式统一处理，并输送至数字孪生系统中。
数据孪生系统用于根据数据存储系统中的各类工业设备的相关信息对各级各类工业设备进行虚拟仿真，构建虚拟工厂孪生体，同时根据数据采集系统采集到的信息对虚拟工厂孪生体进行动态更新；
具体的，该数据孪生系统包括仿真构建模块和虚拟孪生体模块；仿真构建模块用于根据设备物理信息和设备基础信息，并基于三维仿真技术对各级各类工业设备进行虚拟仿真，形成虚拟工厂孪生体；该虚拟孪生体模块用于演示虚拟工厂孪生体。
具体的，该数据孪生系统还包括模型更新模块，模型更新模块用于根据设备实时运行信息对虚拟工厂孪生体进行动态化更新；该可视化监测模块用于对动态化更新的虚拟工厂孪生体进行数据监测和三维演示，以便实现管理人员实现对物理设备实体的实时动态化的三维监测。
具体的，该数据孪生系统还包括模型实验模块，模型实验模块用于根据各级各类设备的磨损区间和设备实时运行信息对虚拟工厂孪生体中的各级各类设备进行虚拟实验，获取各级各类设备的虚拟实验数据；
交互监测管理系统用于根据虚拟工厂孪生体对各级各类工业设备进行可视化数据监测和动态管理；
具体的，该交互监测管理系统还包括监测评估模块、设备控制模块和设备管理模块，监测评估模块评估用于根据各级各类设备的虚拟实验数据对各级各类设备使用寿命进行评估，生成各级各类设备评估报告；设备控制模块根据各级各类设备评估报告对各级各类设备进行过程控制；设备管理模块根据各级各类设备评估报告对各级各类设备进行设备管理。
本实施例将结合实例对本申请一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统的工作原理进行具体介绍，其具体过程如下：
在本实施例中，设备物理数据库存储有数控机床刀具的设备物理信息；该设备物理信息包括数控机床刀具几何结构、材料属性、外观颜色、体积重量和结构尺寸；
设备信息数据库用于存储有数控机床刀具的设备基础信息；该设备基础信息包括数控机床刀具用途、品牌、型号、编号和设备使用厂间；
仿真构建模块根据数控机床刀具的设备物理信息和设备基础信息构建虚拟数控机床刀具孪生体；
网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统采集数控机床刀具的设备实时运行信息；
数据处理子系统用于对数控机床刀具的设备实时运行信息进行数据清洗、数据去噪、数据缺失值修复和数据格式统一处理，并输送至数字孪生系统中；
模型更新模块根据数控机床刀具的设备实时运行信息对虚拟数控机床刀具孪生体进行动态化更新；
可视化监测模块对动态化更新的虚拟数控机床刀具孪生体进行数据监测和三维演示，以便实现管理人员实现对物理数控机床刀具实体的实时动态化的三维监测；
在本实施例中，设备磨损数据库存储有存储数控机床刀具的设备磨损量信息；
模型实验模块根据数控机床刀具的设备磨损量信息和数控机床刀具的设备实时运行信息对虚拟工厂孪生体中的各级各类设备进行实时虚拟实验，获取数控机床刀具的虚拟实验数据；
监测评估模块评估根据数控机床刀具的虚拟实验数据对数控机床刀具使用寿命进行评估，生成数控机床刀具评估报告；
设备控制模块根据数控机床刀具评估报告对数控机床刀具进行过程控制，如对数控机床刀具工作时间调整；
设备管理模块根据数控机床刀具评估报告对数控机床刀具进行设备管理，如数控机床刀具更换，以保证工厂正常运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，包括数据存储系统、数据采集系统、数据孪生系统和交互监测管理系统；
所述数据孪生系统分别与数据存储系统、数据采集系统和交互监测管理系统通信连接；所述数据存储系统和数据采集系统通信连接；所述数据存储系统和交互监测管理系统通信连接；
所述数据存储系统用于存储各类工业设备的相关信息；所述相关信息包括设备物理信息、设备基础信息、设备磨损量信息和设备实时运行信息；
所述数据采集系统用于实时采集各级各类工业设备的设备实时运行信息，并传输至数据孪生系统中；
所述数据孪生系统用于根据所述数据存储系统中的各类工业设备的相关信息对各级各类工业设备进行虚拟仿真，构建虚拟工厂孪生体，同时根据所述数据采集系统采集到的信息对虚拟工厂孪生体进行动态更新；
所述交互监测管理系统用于根据所述虚拟工厂孪生体对各级各类工业设备进行可视化数据监测和动态管理。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据存储系统包括设备物理数据库和设备信息数据库；所述设备物理数据库用于存储各级各类工业设备的设备物理信息；所述设备物理信息包括设备几何结构、设备材料属性、外观颜色、体积重量和结构尺寸；所述设备信息数据库用于存储各级各类工业设备的设备基础信息；所述设备基础信息包括设备用途、设备品牌、设备型号、设备编号和设备使用厂间。
3.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据孪生系统包括仿真构建模块和虚拟孪生体模块；所述仿真构建模块用于根据所述设备物理信息和设备基础信息，并基于三维仿真技术对所述各级各类工业设备进行虚拟仿真，形成虚拟工厂孪生体；所述虚拟孪生体模块用于演示所述虚拟工厂孪生体。
4.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据采集系统包括网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统和数据处理子系统；所述网络监控子系统、SCADA子系统、MES子系统用于采集所述各级各类设备的设备实时运行信息；所述数据处理子系统用于对所述设备实时运行信息进行数据清洗、数据去噪、数据缺失值修复和数据格式统一处理，并输送至数字孪生系统中。
5.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据孪生系统还包括模型更新模块，所述模型更新模块用于根据所述设备实时运行信息对所述虚拟工厂孪生体进行动态化更新；所述可视化监测模块用于对动态化更新的虚拟工厂孪生体进行数据监测和三维演示，以便实现管理人员实现对物理设备实体的实时动态化的三维监测。
6.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据存储系统还包括设备磨损数据库，所述设备磨损数据库用于存储所述设备磨损量信息；所述设备磨损量信息是指所述各级各类设备的磨损区间，该磨损区间定义了各级各类设备使用寿命。
7.根据权利要求1所述的一种用于工业设备实时数据监测的孪生系统，其特征在于，所述数据孪生系统还包括模型实验模块，所述模型实验模块用于根据各级各类设备的磨损区间和设备实时运行信息对虚拟工厂孪生体中的各级各类设备进行虚拟实验，获取各级各类设备的虚拟实验数据；所述交互监测管理系统还包括监测评估模块、设备控制模块和设备管理模块，所述监测评估模块评估用于根据所述各级各类设备的虚拟实验数据对各级各类设备使用寿命进行评估，生成各级各类设备评估报告；所述设备控制模块根据用于所述各级各类设备评估报告对各级各类设备进行过程控制；所述设备管理模块根据所述各级各类设备评估报告对各级各类设备进行设备管理。
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|---|---|---|---|---|
| CN115616993A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-17 | 浙江中科凯泽科技有限公司 | 基于工业机器视觉检测技术的工业设备运行管控系统 |
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2022
- 2022-05-24 CN CN202210569745.4A patent/CN114967619A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN115616993A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-17 | 浙江中科凯泽科技有限公司 | 基于工业机器视觉检测技术的工业设备运行管控系统 |
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