CN115220411A - 基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能制造技术领域，公开了一种基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质，该方法包括：根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型；获取智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据运行状态数据对数字孪生模型进行优化，以使数字孪生模型与智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；基于产品订单数据对数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；将执行方案转化成对智能化柔性生产线的控制指令，响应于控制指令进行产线管理，本申请基于数字孪生进行产线进行管理，不仅可提高产品的产品质量，还更有利于智能化柔性生产线的管理。

Description

基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，也涉及智能化柔性生产领域，尤其涉及一种基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质。

背景技术

目前，GSWE(Geega Smart Works Education，吉利数字实训工厂)，是基于智能化柔性制造新模式的技术创新，其中，GSWE智能化柔性生产线以“岛”为单元——供应链协同岛、分拣岛、装配岛、个性化定制岛、包装岛，甚至还有成品交付岛，让用户提取商品，像取快递一样简单便捷，其魅力就在于不受传统流水线工装、夹具的限制，具备可重构的岛式生产、实现多品类的混排作业、高敏捷的柔性制造、供应链网络化协同、新技术应用等优势。

现有产线管理方法通常基于后台服务器对智能化柔性生产线进行管理，或，管理人员在现场通过控制台对智能化柔性生产线中某个环节进行单独控制，然而，上述管理方式，无法将产品生产过程中的各项数据实时、准确地映射到虚拟世界中进行综合分析与决策，造成无法利用决策结果反向控制物理世界的产品生产过程，即，由于智能化柔性生产线的管理水平局限性，极大降低了产线的生产效率、安全系数与智能化水平。因此，亟需一种基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明公开了一种基于数字孪生的产线管理方法、系统、设备及介质，以提高产线的管理能力。

在第一方面，本发明公开了一种基于数字孪生的产线管理方法，包括：

根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令响应于所述控制命令进行产线管理。

于本申请的一实施例中，根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，包括：

基于所述智能化柔性生产线的生产要素构建物理模型，通过所述生产要素的规则属性确定所述物理模型的约束因子，其中，所述约束因子包括各岛的属性信息、工厂布局、产线各岛组合、产线计划及工艺流程顺序；所述物理模型包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

根据所述智能化柔性生产线与数字孪生模型的对应关系，结合所述约束因子与所述物理模型进行融合得到数字孪生模型。

于本申请的一实施例中，实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系，还包括：

实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据；其中，所述运行状态数据包括布尔型数据与字符串数据；

对所述运行状态数据进行解析处理，得到数据解析结果；其中，根据所述布尔型数据，解析得到各岛的相应运行状态；根据所述字符串型数据，解析得到各岛的的相应运行参数；

根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系。

于本申请的一实施例中，根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，还包括：

对采集的智能化柔性生产线中各岛的历史信息、传感信息、控制信息、物流信息进行分类，得到运行状态与运行参数；

将所述运行状态与运行参数分别与数字孪生模型建立实时一一映射关系，得到实际生产与虚拟生产实时同步的多物理量、多尺度和多维度的数字孪生模型；

根据生产计划数据、工艺流程数据和扰动数据规划自身的反应机制，并在全局最优的目标下对各岛的行为进行协同控制与优化。

于本申请的一实施例中，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案，包括：

获取生产方提供的产品订单数据，基于所述产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线中的供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛分别进行参数配置，其中，所述参数配置包括各岛的动态行为逻辑、各岛待处理的目标产品；

通过对所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛进行虚拟仿真，其中，将所述供应链岛提供的目标原材料放置在所述装配台，完成所述目标原材料的装配，得到装配产品；利用所述定制化岛对所述装配产品进行个性化处理，得到个性化产品；利用所述包装岛对所述个性化产品进行包装，得到目标产品，利用所述交付岛将所述目标产品交付至用户，进而，根据各岛的处理数据确定各岛的仿真数据；

基于工艺流程结合各岛所对应的所述仿真数据按照效率最优进行组合，确定虚拟仿真所得的执行方案。

于本申请的一实施例中，将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，还包括：

将所述数字孪生模型集成于一智能设备，通过所述智能设备实时显示所述智能化柔性生产线的状态；并利用所述智能设备发送针对于所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛中至少任一设备的控制指令；其中，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令；

若所述控制命令为虚拟仿真，根据所述虚拟仿真针对的对象以及待处理的目标产品对虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，生成仿真数据以及虚拟仿真生产对应的仿真视频；

若所述控制命令为动作模拟，根据所述动作模拟针对的对象以及待处理的目标产品选定智能化柔性生产线某一环节进行运转，采集设备进行动作模拟所产生模拟视频，将所述模拟视频通过数字孪生方式进行实时展示；

若所述控制命令为手动模式下的操作指令，根据所述操作指令针对的对象以及所述操作指令的类型对所述智能化柔性生产线进行控制，通过数字孪生方式实时展示当前控制过程；

其中，所述对象包括产线整体层、单岛台层与单设备层中的至少之一。

于本申请的一实施例中，还包括：若监测到所述数字孪生模型所对应的虚拟智能化柔性生产线中任一设备发生故障时，根据当前故障设备反馈的故障参数以及所述当前故障设备关联的设备参数进行虚拟仿真，得到故障仿真结果；基于所述故障仿真结果与所述故障设备对应的知识图谱模型进行分析，确定所述故障设备的故障原因；将所述故障原因发送至前端进行显示，通知管理人员进行及时维修；其中，所述知识图谱模型基于设备的实体信息、各个实体对应的属性信息以及各个实体之间的关联关系。

在第二方面，本发明公开了一种基于数字孪生的产线管理系统，包括：

孪生模型构建模块，用于根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

模型优化模块，用于实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

虚拟仿真模块，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

产线管理模块，用于将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令，响应于所述控制命令进行产线管理。

在第三方面，本发明公开了一种电子设备，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行上述的方法。

在第四方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

本发明的有益效果：

通过智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，构建所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间的双向映射关系，一方面，针对现场管理人员而言，通过双向映射关系实现交互更人性化；另一方面，通过所述数字孪生模型实时动态数据驱动虚拟仿真场景的运行，管理人员无需亲临生产现场就可以直观地查看全产线不同视角下的生产情况，解决了监控视野局限且信息展示不直观的问题，在决策上更为便捷，不仅可提高产出产品的质量，还提高了智能化柔性生产线的管理能力，实现智能化、人性化管理。

附图说明

图1是本发明实施例中一个基于数字孪生的产线管理方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中另一个基于数字孪生的产线管理方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中另一个基于数字孪生的产线管理方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中一个基于数字孪生的产线管理系统的结构示意图

图5是本发明实施例中一个电子设备的结构示意图；

图6是本发明实施例中提供了一种智能化柔性生产线的具体方案布局图；

图7是本发明实施例中提供了一种装配岛的结构示意图；

图8是本发明实施例中提供了一种跑道测试系统的结构示意图；

图9是本发明实施例中提供了一种纸盒上料设备的结构示意图；

图10是本发明实施例中提供了一种包装岛的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的子样本可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

结合图1所示，本公开实施例提供了一种基于数字孪生的产线管理方法，包括：

步骤S101，根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

其中，数字孪生(DigitalTwin，简称DT)，也被称为“数字镜像”、“数字双胞胎”或“数字化映射”等，是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实作产品的全生命周期过程。

具体地，详见图2，为本发明实施例中另一个基于数字孪生的产线管理方法的流程示意图，详述如下：

步骤S201，基于所述智能化柔性生产线的生产要素构建物理模型，通过所述生产要素的规则属性确定所述物理模型的约束因子，其中，所述约束因子包括各岛的属性信息、工厂布局、产线各岛组合、产线计划及工艺流程顺序；所述物理模型包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

需要说明的是，属性信息用以表征各个岛的规格、型号、技术参数以及实际功能；工厂布局用以表征厂区平面布局设计；产线各岛组合，即，各岛的数量、种类以及组合顺序；产线计划，即根据生产数据定制的生产计划；工艺流程顺序即生产某种目标产品的工艺流程。

具体地，通过约束因子对上述物理模型进行迭代更新，能够使得所述物理模型更贴近智能化柔性生产线。

步骤S202，根据所述智能化柔性生产线与数字孪生模型的对应关系，结合所述约束因子与所述物理模型进行融合得到数字孪生模型。

还需要说明的是，通过生产要素构建物理模型，通过所述智能化柔性生产线与数字孪生模型的对应关系，结合所述约束因子与所述物理模型进行融合得到数字孪生模型。在本实施例中，通过数字孪生进行产线管理，有效减少能源及物料浪费，降低生产过程中的安全隐患，极大提升生产效率。

步骤S102，实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

例如，请参阅图3，为本发明实施例中另一个基于数字孪生的产线管理方法的流程示意图，还包括：

步骤S301，实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据；例如，所述运行状态数据包括布尔型数据与字符串数据；

具体地，通过联网方式(例如，4G网络、5G网络等)或组网(例如，串行总线等)方式，实时将传感器或各岛设备采集的数据进行上报，形成智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，需要说明的是，布尔数据是0和1的二进制数据，字符串由数字、字母、下划线组成的一串字符，字符串数据即采用字符串表达的数据。

步骤S302，对所述运行状态数据进行解析处理，得到数据解析结果；又例如，根据所述布尔型数据，解析得到各岛的相应运行状态；根据所述字符串型数据，解析得到各岛的的相应运行参数；

具体地，该解析处理包括数据清洗、数据转换等预处理方式，通过解析处理使得运行状态数据按照预设标准格式进行分类，进而得到相应的运行状态与运行参数。其中，运行状态包括各岛的工作状态、以及各岛上设备的工作状态。运行参数包括各岛以及各岛上的设备参数，例如，工作电压、工作负荷以及设备参数等。

例如，通过对运行状态数据进行解析处理，一方面，有效去除干扰数据与冗余数据，另一方，将数据按类别进行分类，使得数据解析结果更准确，更有利于后续优化使用。

步骤S303，根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系。

具体地，通过以往历史数据中的运行状态与运行参数对数字孪生模型进行训练，形成的所述虚拟智能化柔性生产线；同时，利用实时采集的运行状态与运行参数对所述虚拟智能化柔性生产线进行迭代优化，进而提高数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系的准确性与实时性。

例如，基于PLC控制和网络通信，建立三维仿真、设备模型与智能化柔性生产线实物PLC之间的通讯通道，实现数据、指令和信息的互联互通；运用数字孪生技术，利用数据同步，将设备模型对应的实物模型反馈的现场实时数据驱动仿真模型，模拟智能化柔性生产线运行的实际情况，将内的设备与数字孪生模型进行一一映射。

例如，通过双向映射关系，一方面，当智能化柔性生产线发生数据更新(设备数据变化)、设备故障等情形，数字孪生模型通过数据同步能够积极进行显示，方便管理人员能够及时发现异常，也方便管理人员进行监控管理；同时，通过数字孪生模型能够进行反向控制，例如，在数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行控制，对某个岛台设备，或岛台设备上某个设备(机械手臂、夹具设备等)进行模拟、仿真以及控制某个环节进行实施，能够不到生产现场就能够完全掌控整条生产线的整体情况，也便于精准控制某个岛台设备或整个生产线进行生产或处理。

步骤S103，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

具体地，上述步骤详述如下：

获取生产方提供的产品订单数据，基于所述产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线中的供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛分别进行参数配置，其中，所述参数配置包括各岛的动态行为逻辑、各岛待处理的目标产品；

通过对所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛进行虚拟仿真，其中，将所述供应链岛提供的目标原材料放置在所述装配台，完成所述目标原材料的装配，得到装配产品；利用所述定制化岛对所述装配产品进行个性化处理，得到个性化产品；利用所述包装岛对所述个性化产品进行包装，得到目标产品，利用所述交付岛将所述目标产品交付至用户，进而，根据各岛的处理数据确定各岛的仿真数据；

基于工艺流程结合各岛所对应的所述仿真数据按照效率最优进行组合，确定虚拟仿真所得的执行方案。

其中，供应链岛的输出端与装配岛的输入端连接，装配岛的输出端与定制化岛的输入端连接，定制化岛的输出端、包装岛与交付岛的输入端连接，在此之外，包装岛的输出端还可以连接交付岛，现对各岛的实际功能进行说明，详述如下：

供应链岛用于根据订单信息，智能夹抱机器人行走至相应的原材料库位，通过机器视觉和工业大数据算法的引导依次从不同的库位中分别抓取与订单信息一致的原材料至分拣机器人处，分拣机器人将订单对应的物料分拣后放置到工作台指定位置，物流系统的复合机器人在机器视觉和工业大数据算法的引导下将订单对应物料抓取到自身物料背负位置，并在智能仓储物流管理系统控制下移动至装配岛前指定位置。

装配岛用于供应链岛的物料经物流系统复合机器人输送至该装配岛，物流系统复合机器人在机器视觉和工业大数据算法的引导下将订单对应物料抓取到装配岛指定位置，生产管理系统通过标识解析技术自动解析出订单信息并根据订单信息下发生产指令至PLC(可编程逻辑控制器)控制单元，PLC控制单元向协作机器人下达动作指令，协作机器人根据PLC控制单元下达的指令，在机器视觉和工业大数据算法的引导下相互协作，抓取订单物料至装配位置，通过定位和辅助装配机构的配合，完成整个汽车模型、新能源小汽车模型或电风扇的装配。装配完成后，协作机器人将半成品抓取至岛台指定位置，物流系统复合机器人从指定位置抓取半成品到自身物料背负位置，同时PLC控制单元将生产信息返回生产管理系统，生产管理系统将订单信息和生产信息写入到区块链平台中，半成品在仓储物流管理系统指挥下随复合机器人流入到下个工作岛(定制化岛)。

定制化岛，通过物流系统复合机器人在机器视觉和工业大数据算法的引导下将半成品抓取到定制化岛指定位置，生产管理系统通过标识解析技术自动解析出订单信息并根据订单信息下发生产指令至PLC控制单元，PLC控制单元向协作机器人下达动作指令，协作机器人根据PLC控制单元下达的指令，在机器视觉和工业大数据的引导下抓取该半成品至激光打印防护装置内部并配合激光雕刻机完成指定的雕刻任务，雕刻完成后协作机器人将产品移动至岛台指定位置，物流系统复合机器人从指定位置抓取产品到自身物料背负位置，同时PLC控制单元将生产信息返回生产管理系统，生产管理系统将订单信息和生产信息写入到区块链平台中，产品在仓储物流管理系统指挥下随复合机器人流入到下个工作岛(包装岛)。验证环境可实现多产品共线柔性生产，同时基于对供应链的拉动管理以及配备的激光打印设备可满足客户个性化定制需求。

包装岛用于根据生产计划数据获取目标包装盒，将所述目标包装盒和目标产品放置在包装工作台，完成对所述目标产品的包装。包装岛还可以包括用于存放包装盒的仓库，若智能包装岛包括用于存放包装盒的仓库，则将包装盒存放在用于存放包装盒的仓库，若智能包装岛没有用于存放包装盒的仓库，则将包装盒存放在用于存放原材料的仓库。

交付岛包括用于存放目标产品的仓库和取货工作台，将所述包装后的目标产品存放在所述用于存放目标产品的仓库，并获取用户的取货数据，根据所述取货数据将所述目标产品放置在取货工作台。

在此之外，智能化柔性生产线还包括：换电站，例如，在生产新能源小车时，通过将换电站设置于包装岛的流程之前，对装配好的新能源小车进行换电服务，确保进行打包包装的新能源小车电量能够达到出厂要求，有助于提升用户获取新能源小车的服务体验度。

需要说明的是，通过供应链岛创新模拟供应链协同过程，以订单驱动产品零部件生产及供应，拉动整体供应链，对零部件生产过程、设备管理、质量管理等进行模，打造小集成、大平台、多协同的新型制造体系。创新岛式生产模拟环境，当前新能源等新兴车型零部件种类、数量相对减少，零部件整体性更高，岛式生产正在被更多科研及生产单位研究或尝试，本验证环境搭建的岛式生产环境可以做更多的创新性研究或应用。

在此，还需要说明的，按照生产方提供的产品订单数据对当前所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行仿真，确定多种不同执行策略，即，执行方案；例如，当前空闲生产线的数量、以及各个生产线即将生产的产品、某个生产线最大处理量，基于工艺流程结合各岛所对应的所述仿真数据按照效率最优进行组合，参照上述仿真配置，进而确定满足当前订单数据所对应的多种执行方案，通过产出效率最佳为考核标准，确定当前的最佳的执行方案。

通过上述方式，无需人为制定智能化柔性生产线的执行方案，避免了因人为因素造成的生产计划，使用当前根据产品订单数据智能匹配的执行方案进行生产，能够最大效益发挥生产线的生产效率。

步骤S104，将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令，响应于所述控制命令进行产线管理。

具体地，通过将执行方案转化成不同的控制指令，对转化的控制指令进行响应，实现对智能化柔性生产线的产线管理。

例如，将所述数字孪生模型集成于一智能设备，通过所述智能设备实时显示所述智能化柔性生产线的状态；并利用所述智能设备发送针对于所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛中至少任一设备的控制指令；其中，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令；

若所述控制命令为虚拟仿真，根据所述虚拟仿真针对的对象以及待处理的目标产品对虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，生成仿真数据以及虚拟仿真生产对应的仿真视频；

若所述控制命令为动作模拟，根据所述动作模拟针对的对象以及待处理的目标产品选定智能化柔性生产线某一环节进行运转，采集设备进行动作模拟所产生模拟视频，将所述模拟视频通过数字孪生方式进行实时展示；

若所述控制命令为手动模式下的操作指令，根据所述操作指令针对的对象以及所述操作指令的类型对所述智能化柔性生产线进行控制，通过数字孪生方式实时展示当前控制过程；

其中，所述对象包括产线整体层、单岛台层与单设备层中的至少之一。

通过上述方式，基于智能化柔性生产线的搭建和建立数据同步通讯，实现指令的下达和现场实时数据的采集和反馈，对厂区内各类设备实时运行信息与状态进行跟踪；例如，通过实时数据传达至三维仿真软件，在软件内部对数据进行处理，编制智能化柔性生产线的设备运行信息报表，实现对智能化柔性生产线状况、设备运行情况，设备故障状况实时数据的三维可视化呈现，实现生产线的数据可视化监控和管理。

在本实施例中，通过智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，构建所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间的双向映射关系，一方面，针对现场管理人员而言，通过双向映射关系实现交互更人性化；另一方面，通过所述数字孪生模型实时动态数据驱动虚拟仿真场景的运行，管理人员无需亲临生产现场就可以直观地查看全产线不同视角下的生产情况，解决了监控视野局限且信息展示不直观的问题，在决策上更为便捷，不仅可提高产出产品的质量，还提高了智能化柔性生产线的管理能力，实现智能化、人性化管理。

在另一些实施例中，根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，还包括：

对采集的智能化柔性生产线中各岛的历史信息、传感信息、控制信息、物流信息进行分类，得到运行状态与运行参数；

具体地，通过将各岛的历史信息、传感信息、控制信息、物流信息进行预处理，确定运行状态与运行参数。

将所述运行状态与运行参数分别与数字孪生模型建立实时一一映射关系，得到实际生产与虚拟生产实时同步的多物理量、多尺度和多维度的数字孪生模型；

根据生产计划数据、工艺流程数据和扰动数据规划自身的反应机制，并在全局最优的目标下对各岛的行为进行协同控制与优化。

具体地，基于异构数据的传递和融合，通过数据在信息空间的综合计算分析，基于业务规则驱动虚拟场景设备的运行和板坯的运动与变形，形成全产线实时仿真动画；在设备监控方面，当设备出现异常状况时，考虑相应的控制目标和控制规则，基于故障知识库形成决策控制建议，并发出控制指令。

在本实施例中，通过智能化柔性生产线的全方位虚拟仿真，主要针对生产线工艺过程，将数字孪生模型与实际产线和设备的历史、传感、控制、物流等信息建立一一映射关系，实现实际生产与虚拟生产实时同步的多物理量、多尺度和多维度的数字孪生智能体。通过物理工厂与虚拟工厂的信息交互，基于对驱动数据信号的分析结果，及时对物理世界的动态变化做出实时响应，在虚拟场景中做到同步仿真跟踪。其中，主要针对历史生产计划和未实施的生产计划指令信息，通过调用指定时间段内的生产计划信息，并基于预设规则解析并传达给系统执行模块，以数据驱动虚拟产线各设备的运行，从而观察历史或未来生产计划的缺陷，指导生产。

在另一些实施例中，还包括：若监测到所述数字孪生模型所对应的虚拟智能化柔性生产线中任一设备发生故障时，根据当前故障设备反馈的故障参数以及所述当前故障设备关联的设备参数进行虚拟仿真，得到故障仿真结果；基于所述故障仿真结果与所述故障设备对应的知识图谱模型进行分析，确定所述故障设备的故障原因；将所述故障原因发送至前端进行显示，通知管理人员进行及时维修；其中，所述知识图谱模型基于设备的实体信息、各个实体对应的属性信息以及各个实体之间的关联关系。

其中，知识图谱模型构建过程包括如下：

1)基于运检过程中积累的故障案例报告和台账信息进行梳理，确定知识范围，例如，首先，梳理台账知识，台账数据包含岛台设备、台区、生产线、岛台设备具体设备、生产厂家等。从中确定岛台设备、岛台设备具体设备作为图谱知识台账主题域数据。其次，梳理故障案例报告知识，故障案例报告为非结构化文件，内容包含故障前运行情况、故障简述、故障原因及处理、暴露问题、反措建议五个章节。从中确定岛台设备、故障现象、检查结论、发现方式、试验结论、故障原因、缺陷、家族缺陷、试验检测、设备部件作为图谱知识故障主题域数据。最后，将台账中确定的知识范围和故障报告确定知识范围整合在一起，最终形成以设备为主体、故障报告为故障知识的知识结构概念体系。

2)确定的知识结构概念体系利用博识-万卷图谱系统构建知识图谱模型，例如，首先，创建概念模型，以确定的知识范围的输出作为本次输入，创建图谱概念模型。如创建岛台设备、故障、试验检测等概念。扩展概念属性，故障概念为例创建概念属性，包含故障设备、故障时间、发现方式、故障原因、故障现象、试验检测等。其次，构建概念关系，为各概念建立联系，把独立的概念知识关联在一起。如建立故障与岛台设备、发现方式、现象等概念关系。最终形成知识图谱模型。

在本实施例中，通过上述构建的知识图谱模型对故障仿真结果进行分析，确定所述故障设备的故障原因，将所述故障原因发送至前端进行显示，通知管理人员进行及时维修，一方面，能够极大提高智能化柔性生产线的故障诊断效率与诊断准确率，另一方面，提升了智能化柔性生产线的智能化水平。

结合图4所示，本公开实施例提供了一种基于数字孪生的产线管理系统400，包括

孪生模型构建模块401，用于根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

模型优化模块402，用于实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

虚拟仿真模块403，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

产线管理模块404，用于将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令，响应于所述控制命令进行产线管理。

采用本公开实施例提供的基于数字孪生的产线管理系统，通过智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，构建所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间的双向映射关系，一方面，针对现场管理人员而言，通过双向映射关系实现交互更人性化；另一方面，通过所述数字孪生模型实时动态数据驱动虚拟仿真场景的运行，管理人员无需亲临生产现场就可以直观地查看全产线不同视角下的生产情况，解决了监控视野局限且信息展示不直观的问题，在决策上更为便捷，不仅可提高产出产品的质量，还提高了智能化柔性生产线的管理能力，实现智能化、人性化管理。

请参阅图6，本发明具体地提供了一种智能化柔性生产线的具体方案布局图，包括：

仓储岛1、装配岛2、定制化岛3、测试岛4等各个岛之间的连接通过物流车8的运输功能实现，物流车8为AGV小车，具体地，例如在总控系统的控制下的一从装配到测试的应用场景中，需要对多类目标产品进行装配，第一目标产品例如为电动小车，第二目标产品例如为电动小风扇，仓储岛1中的仓储机器人11从第二货架12上取下待装配零件后移动至分拣机械臂13处，分拣机械臂13将待装配零件分拣至物流车8，由物流车8将电动小车的待装配零件运送至第一装配位21，将电动小风扇的待装配零件运送至第二装配位22，装配过程由装配机械臂211完成，完成装配后，物流车8将电动小车和电动小风扇运输至定制工作台31进行个性化加工，可以理解的是，此处的个性化定制指的是根据订单的差异化需求完成的包括但不限于标签粘贴、色彩绘制或选装配件安装等，个性化定制后，物流车8根据测试需求，将电动小车运输至测试上料台42，测试上料台42上设置的机械臂将电动小车放入测试跑道41进行测试，无测试需求的目标产品例如电动小风扇由物流车8从定制化岛3直接运输至后续岛位，进行其他操作。

在上述方法中，通过设置与个性化定制系统连接的测试系统，并以测试岛的形式设置于生产线内，以使有测试需求的目标产品在完成个性化定制之后进入测试系统进行测试，能够在同一生产线内同步多线地完成制造与测试步骤，无需额外单独进行测试，保证生产节奏不受影响，有效提高了产品交付效率，具有布局空间灵活、自动化程度高、符合智能化生产需求等特点。在本实施例中，生产线上设置有充电桩801，物流车8电量不足时，根据预设路径或总控系统的指令，移动至充电桩801处进行充电。

在本实施例中，测试岛4包括测试跑道41和设置于所述测试跑道上的检测装置，可以理解的是，此处的检测装置指的是安装在测试跑道41上，对测试跑道41内的信息进行识别和采集的装置，包括但不限于例如是光电传感器、噪声传感器、摄像头及其他具有信号识别和信息采集功能的常用设备与装置。

在本实施例中，制造系统还包括换电岛5，换电岛5的输入端与定制化岛3的输出端和/或测试岛4的输出端，换电岛的输出端与测试岛4的输入端连接，值得说明的是，换电岛5用于对具有测试需求的第一目标产品例如电动小车更换电池，使第一目标产品能够在测试岛4内正常完成测试，例如在本实施例一电动小车在测试岛4内进行测试的应用场景下，在定制化岛3完成个性化定制后被物流车8运输出的电动小车，或在测试岛4内未能正常完成测试而从测试岛4输出端被物流车8运输出的电动小车，被运输至换电岛5更换电池，更换电池后再被物流车8运输至测试上料台42，测试上料台42上设置的机械臂将电动小车放入测试跑道41进行测试。

在本实施例中，换电岛5设置有电池充电仓51和换电机械臂52，换电机械臂52用于按照预设程序对第一目标产品例如电动小车进行电池更换操作，电池充电仓51用于储存换下的电池，同时对换下的电池进行充电以供更换。

在本实施例中，包装岛6沿目标产品的包装路线依次设置有纸盒成型设备61、内衬上料设备62和纸盒封盒设备63，纸盒成型设备61用于将板状纸盒从其收纳位置取出并使之成型为盒装纸盒，以便将目标产品放入纸盒内，内衬上料设备62用于上料内衬并放入纸盒内，内衬用于防止纸盒内的目标产品因震荡受损，纸盒封装设备63用于将装填完成的纸盒封装，值得说明的是，本申请所描述的纸盒成型设备61、内衬上料设备62和纸盒封盒设备63均为本领域常见的现有技术，其具体结构并非实现本申请方案所必须的技术特征，本领域技术人员根据本申请所描述的内容能够轻松理解实施方案，故在此不对纸盒成型设备61、内衬上料设备62和纸盒封盒设备63进行具体限定，以免赘述。

例如，包装岛6的输入端为包装上料台601，包装上料台601靠近测试跑道41的终点，包装上料台601上的机械臂能够直接抓取测试跑道41中正常完成测试的电动小车，并放入包装岛6中进行包装。

在本实施例中，交付岛7的输入端与包装岛6的输出端连接，包装岛7内设置有第一货架71，以供从包装岛6运输出的完成包装的目标产品储存；交付岛7还设置有交付台73和滑台机器人72，滑台机器人72用于对运输至包装岛7的目标产品进行放入第一货架71的操作，亦用于将第一货架71内储存的目标产品取出并运输至交付台71，由交付台71对外完成交付操作，例如在交付台71设置用于拿取目标产品并执行交付动作的机械臂。

请参阅图7，为本发明实施例中提供了一种装配岛的结构示意图，包括第一装夹组件212及装配机械臂211，第一装夹组件212用于装夹第一产品，装配机器用于装配第一产品。装配机械臂211为两个，第一装夹组件212设置在两个装配机械臂211装配范围的相交区域内，同理，第二装夹组件213也设置在两个装配机械臂211装配范围的相交区域内，成品放置位215设置在两个装配机械臂211装配范围区域内，便于存放装配好的成品，以便后续AVG小车能够顺利运输。

由于装配机械臂211为两个，两个装配机械臂211可以同时进行装配，提高的装配效率，而且两个装配机械臂211可以同时装配不同的产品，提高了装配岛的装配灵活性。

在一些实施例中，两个装配机械臂211分别设置在第一装夹组件212的两侧，两个装配机械臂211关于第一装夹组件212对称设置。两个装配机械臂211分别设置在第一装夹组件212的两侧。由于两个装配机械臂211分别设置在第一装夹组件212的两侧，因此，两个装配机械臂211可以同时从不同的方向对同一个产品进行装配，两个装配机械臂211可以互相协同，而且两个装配机械臂211分别在第一装夹组件212的两侧，减少了装配机械臂211活动范围之间重叠区域，降低两个装配机械臂211之间碰撞、干涉的几率。

可选地，第一装夹组件212转动设置，第一装夹组件212包括用于装夹第一产品的第一装夹位，第一装夹组件212还包括用于装夹第二产品8的第二装夹位，第一装夹位及第二装夹位相对设置在第一装夹组件212转动轴线的两侧。两个装夹位增加了第一装夹组件212的装夹位置，两个装夹位可以设置不同的装夹机构，以装夹不同的产品。本实施例中，第一装夹组件212包括底板及分别设置在底板两侧的第一装夹机构及第二装夹机构，第一装夹机构可以用于装夹第一产品，第二装夹机构可以用于装夹第二产品，提高了第一装夹组件212的装夹范围，更加适于柔性生产。具体的，本实施例中底板的两端上分别设有转动结构，例如步进电机，两个转动结构之间共轴设置，底板通过转动结构实现转动。

在一些实施例中，装配岛还包括第一辅助装配组件，第一产品为汽车模型，汽车模型包括电池，第一辅助装配组件用于将电池安装在汽车模型上。

具体的，第一辅助装配组件对应与第一装夹组件212设置，从而将电池安装在第一装夹组件212的汽车模型上。本实施例中，第一辅助装夹组件包括顶升机构，第一装夹组件212的底板上开设有安装孔，当汽车模型装夹在第一装夹组件212上时，汽车模型的电池安装开口相对于安装孔。顶升机构将电池向上顶升，将电池从安装孔、电池安装开推入汽车模型的电池舱中，然后装配机械臂211将电池固定在汽车模型上。本实施例中，电池通过螺钉安装在汽车模型上，装配机械臂211的装配工具为螺钉枪。本实施例中，螺钉枪采用单钉供给，相较于连续螺钉供给，可以降低螺钉卡滞发生的几率，避免工作人员进行故障排除，而影响参观人员的观感。

在一些实施例中，第一装夹组件212升降设置，第一装夹组件212的升降方向与两个装配机械臂211之间的连线方向相交。由于第一装夹组件212的升降方向与两个装配机械臂211之间的连线方向相交，因此当第一装夹组件212升降时，可以改变第一装夹组件212与装配机械臂211之间在两个装配机械臂211之间的连线方向以外的位置。本实施例中，第一装夹组件212的升降方向与两个装配机械臂211之间的连线方向垂直。当第一装夹组件212升降时，第一装夹组件212与两个装配机械臂211之间的位置关系发生改变，但是在两个装配机械臂211的连线方向上，第一装夹组件212与两个装配机械臂211之间的位置关系保持固定。

本实施例中，第一装夹组件212的转动轴线与第一装夹组件212的升降方向垂直。同时，第一辅助装配组件的顶升机构沿第一装夹组件212的升降方向顶升。

本实施例中，第二辅助装夹组件设置在第一装夹组件212的升降方向上，具体的，第二辅助装夹组件对应设置在第一装夹组件212下降后的位置上，当第一装夹组件212降低后，汽车模型的两个轮轴的四个端部分别对应于第二辅助装夹组件的四个轮胎安装结构，轮胎安装结构将轮胎推入安装在轮轴的端部上，完成轮胎的安装，轮胎安装结构能够用于汽车轮胎安装的演示，形象生动，便于参观人员理解。

由于第一装夹组件212升降设置，当第一装夹组件212升高时，可以增加第一装夹组件212下部空间，便于装配机械臂211进行装配。第一装夹组件212升高后，装配机器人在第一装夹组件212下方拧紧螺钉，与顶升机构配合，能够用于电动车电池安装的演示，形象生动，便于参观人员理解。

当第一装夹组件212降低时，降低了第一装夹组件212的重心，提高第一装夹组件212的稳定性，使电池推入或轮胎装配时，装夹在第一装夹组件212上的产品位置更加准确、可靠。

在一些实施例中，装配机械臂211上设置有切换接头，切换接头用于切换装配机械臂211的装配工具。装配机械臂211的装配工具有不同的种类及规格。本实施例中，装配机械臂211为机械臂，机械臂包括底座及作业端，装配工具连接在机械臂的作业端上，常见的装配工具包括螺钉枪、夹爪等。装配机械臂211通过切换装配工具，可以使两个装配机械臂211完成相同工序，也可以使两个装配机械臂211同时进行不同工序。例如，本实施例中，装配岛包括两个工具放置架，分别为第一工具放置架214及第二工具放置架216。第一工具放置架214用于放置螺钉枪并供给螺钉，第二工具放置架216用于放置夹爪。工具放置架能够存提供装配工具，并存储装配机械臂211切换下来的装配工具，同时工具放置架还能够对其中的工具提供定位，便于装配机械臂211能够自动找到并连接装配工具。

请参阅图8，为本发明实施例中提供了一种跑道测试系统的结构示意图，即，本申请中测试岛4，包括测试跑道和检测系统，测试跑道中至少设置有用于对电动小车进行测试的平直路段，检测系统设置在检测跑道上，用于获取电动小车在测试跑道上行驶时的信息。

在本实施例中，测试跑道包括入口段411、测试段和出口段412，可以理解的是，设置入口段411和出口段412的目的是为电动小车提供进出跑道测试系统的入口与出口，其具体形式可以是窗口、开口，也可以是一段测试路段，在本实施例中，入口段11是一段与测试跑道的起始位置连通的跑道，电动小车被置于入口段11后，将驶入测试跑道。

在本实施例中，测试段连接于入口段411和出口段412之间，测试段具体包括第一环绕段421、第二环绕段422、桥道段423，其中桥道段423亦为平直段，第一环绕段421和第二环绕段422分别环绕于跑道测试系统中的两个支撑柱47，且第一环绕段421和第二环绕段422均为螺旋结构，支撑柱47主要用于对第一环绕段421和第二环绕段422起支撑作用，在本实施例中，支撑柱47为圆柱，与螺旋结构的第一环绕段421和第二环绕段422相匹配，便于安装固定，在其他实施方式中，亦可根据测试跑道结构以及布置需求差异，对支撑柱7的结构进行调整。

需要理解的是，测试跑道的路况可以包括坡道、平路、弯道或桥道，例如在一些实施方式中，测试跑道为单一平直路段，专用于测试电动小车在平直路况下的性能，在另一些实施方式中，测试跑道为部分平直路段和部分弯道路段，用于测试电动小车直行和转弯时的性能；在本实施例中，测试跑道的路况包括坡道、弯道、桥道和平路，以确保能够对电动小车在各种工况下的状态进行模拟和测试，在一些实施方式中，第一环绕段421和第二环绕段422也可以是坡道和弯道交替组合形成的环绕路段，本实施例中，平路的路况包含于入口段411和出口段412，此外，桥道和平路的路况还共同包含于桥道段423，第一环绕段421和第二环绕段422采用螺旋结构，螺旋结构为坡道和弯道的规则组合，同时包含了坡道和弯道的路况特征，当电动小车在第一环绕段421或第二环绕段422上行驶时，能够同时对电动小车的坡道行驶特性和弯道行驶特性进行测试，上述结构有利于进一步提高测试效率，同时，此结构布局紧凑，占用空间小，易于布置和实时，便于展示与观察，能够满足智能工厂对于测试流程的管控需求和展示需求。

在本实施例中，第一环绕段421的下端通过一段弯道与入口段411连接，第二环绕段422的下端通过一段弯道与平直段424连接，第一环绕段421的上端和第二环绕段422的上端平齐且正对，并通过桥道段423连通，桥道段423为跨设在第一环绕段421和第二环绕段422之间的平直路段，电动小车经入口段411进入测试跑道，依次经第一环绕段421、桥道段423、第二环绕段422和平直段424后完成测试。

在本实施例中，测试跑道的侧边沿设置有挡板4201，用于防止电动小车在测试过程中冲出测试跑道，在入口段411和平直段424的下端设置有支撑架4202，支撑架4202起支撑作用。

在一些实施方式中，跑道测试系统还包括靠近入口段411设置的包装岛6，该包装岛6沿目标产品的包装路线依次设置有纸盒成型设备61、内衬上料设备62和纸盒封盒设备63，纸盒成型设备61用于将板状纸盒从其收纳位置取出并使之成型为盒装纸盒，以便将目标产品放入纸盒内，内衬上料设备62用于上料内衬并放入纸盒内，内衬用于防止纸盒内的目标产品因震荡受损，纸盒封装设备63用于将装填完成的纸盒封装。

位置感应装置、噪声检测装置以及外观检测装置的作用是用于对测试跑道上电动小车的自身状态、行驶状态和行驶信息进行获取，在不同的实施方式中，可以采用包括但不限于激光雷达、传感器、摄像头以及集成有声、光采集功能的装置加以实施。

具体地，在本实施例中，具体地提供了一种实施方案，其中，位置感应装置包括沿测试跑道设置在挡板4201上的对射光电开关43，对射光电开关43在测试跑道上间隔均匀的设置用于对电动小车的行驶速度及相关信息进行获取；噪声检测装置包括设置在挡板4201上的噪声传感器44，用于对电动小车在行驶过程中发出的异响等声音信息进行识别，以便判断是否存在装配质量问题；外观检测装置包括视觉相机45，可以理解的是，视觉相机45在测试段上至少设置有一个，用于获取电动小车在测试段中行驶时的外观数据，以便用于与预设的基准外观数据或从其他位置获取外观数据进行对比，在本实施例中，视觉相机45设置有两个，安装在挡板4201上，在其他实施方式中，亦可根据测试需求的不同调整布置方式，例如在其他一些实施方式中，一个视觉相机45设置在测试段的中间位置，用于获取测试段中间位置处电动小车的外观数据，在另外一些实施方式中，三个视觉相机5分别设置在测试段的中间位置、起点位置和终点位置。

请参阅图9，为本发明提供一种纸盒上料设备64的结构示意图，具体包括：

安装641，用于安装纸盒上料设备的其他部件，本实施例中，安装台641为方形桌台，四个拐角处设置有支撑脚；

存料部642，存料部642设置在安装台641上，用于存放未成型纸盒，存料部642包括至少两组料仓，用于存放至少两种规格的未成型纸盒，例如在本实施例中，设置有三组料仓可用于存放三种规格的未成型纸盒，可以理解的是，此处的未成型纸盒指的是呈平板状尚未展开的纸盒，需展开成型后方可用于包装，料仓为未成型纸盒的存储位置，未成型纸盒叠放与料仓内以便取用；

取料部643，取料部643设置在安装台641上，取料部643包括取料机械臂，取料机械臂可在各组料仓间移动，用于从存料部642的至少两组料仓内取出未成型纸盒，可以理解的是，取料机械臂与料仓并非一一对应的关系，而是一对多的关系，同一取料机械臂可以从多个料仓中取出未成型纸盒；

采用上述结构，能够在同一生产流程中对多种规格的未成型纸盒进行取用，无需额外增设纸盒上料设备，有效降低了纸盒上料的设备成本，极大地提高了产品包装效率。

在本实施例中，存料部642中包括并排设置的三组料仓，取料部643中还包括第一导轨301，取料机械臂包括底座31、臂身32和取料机构33，其中，底座31安装在第一导轨301上，可沿第一导轨301移动，当底座31沿第一导轨301移动时，取料机构33能够依次靠近每组料仓，具体地，在本实施例中，第一导轨301沿三组料仓的布置方向水平地设置，底座31下端设置有与第一导轨301截面形状相匹配的凹槽，并通过凹槽卡设在第一导轨301，从而能够沿第一导轨301水平滑移，可以理解的是，底座31安装在第一导轨301上是为了使取料机构33靠近料仓以对不同规格的未成型纸盒，在其他实施方式中，可以根据实际需求调整底座31与第一导轨301的移动连接方式，例如在一些实施方式中，还可通过气缸连接第一导轨301和底座31。

在本实施例中，臂身32设置有水平移动机构和竖直移动机构，用于调节取料机构33在水平方向和竖直方向的位置，以便于取料机构33对不同的料仓进行取料，具体地，如图1所示，臂身32由三条臂组成，分别为与底座31连接且垂直于第一导轨301的第一水平臂、与第一水平臂连接的竖直臂，以及安装在竖直臂上并平行于第一导轨301的第二水平臂，其中，水平移动机构设置在第一水平臂和第二水平臂上，包括，第一水平臂上，沿垂直于第一导轨301方向水平设置的第一驱动缸321和第一导向槽3211，以及第二水平臂上，沿平行于第一导轨301方向水平设置的第二驱动缸322和第二导向槽3221，第一驱动缸321用于驱动竖直臂在第一导向槽3211内水平移动，第二驱动缸322用于驱动与第二水平臂连接的取料机构33在水平方向移动；竖直臂上设置有竖直移动机构，包括竖直设置的第三驱动缸323和第三导向槽3231，第二水平臂连接于第三导向槽3231内，第三驱动缸323驱动第二水平臂在竖直方向移动。

在本实施例中，料仓设置有导向机构和压紧机构，具体地，如图9所示，导向机构包括限位件211和导向杆212，压紧机构包括压紧块221和第四驱动缸222，限位件211呈竖直板状结构，导向杆212水平地穿设在限位件211上，压紧块221穿设在导向杆212上，压紧块221和限位件211之间形成储存空间，正常工作时，将呈板状的未成型纸盒竖直地叠放在压紧块221和限位件211之间，在第四驱动缸222的驱动下，压紧块221沿导向杆移动，压紧叠放的未成型纸盒，以使未成型纸盒不会从存料部2中脱出。

可以理解的是，在上述实施方式中，第一驱动缸3211、第二驱动缸3221、第三驱动缸3231和第四驱动缸222包括但不限于是气缸、液压缸、电动缸及具有等同作用的零部件，例如在一些实施方式中，第一驱动缸3211、第二驱动缸3221、第三驱动缸3231和第四驱动缸222均为气缸，有利于进一步控制设备成本。

在本实施例中，取料机构33包括吸附缸331和吸附头332，吸附缸331转动安装在臂身32的顶端，吸附缸331可以包括但不限于是真空发生器或负压气缸，吸附头332可以例如为吸盘，其与吸附缸331连接，由吸附缸331提供吸附力，以对料仓内的未成型纸盒进行吸附，采用吸附的方式进行取料，能够避免对未成型纸盒造成损伤，有利于进一步提高纸盒上料效率。

在本实施例中，通过设置至少包括两个料仓的存料部，以及从至少两组料仓内取出未成型纸盒的机械臂，使一套设备能够同时满足至少两种规格的纸盒上料需求和产品包装需求，解决了现有技术中无法同时满足多种规格产品的包装需求，应对差异化订单的包装效率较低，对于不同规格产品的包装需求需要对应设置不同的包装生产设备或包装生产线，导致生产成本增加的问题，在同时满足多种产品包装需求的同时，无需对设备接口进行增设或改制，有效降低了设备成本，极大地提高了产品包装效率。

请参阅图10，为本发明还提供一种包装岛的结构示意图，包括上述实施方式中的一种纸盒上料设备64、以及纸盒成型设备61和纸盒封装设备63。

值得说明的是，纸盒封装设备63属于本领域现有技术中常用的机械设备，其具体结构不属于实施本申请方案并获得有益效果所必要的特征，故在此不作限定。

在本实施例中，纸盒成型设备61包括折边机构611和成型机构612，折边机构611包括第一压板和驱动第一压板的第一气动元件，成型机构612包括第二压板和驱动第二压板的第二气动元件，未成型纸盒被吸附头吸附后，被放置到纸盒成型设备61上，第二气动元件驱动第二压板挤压未成型纸盒，使之成型为盒状，第一气动元件驱动第一压板在成型的盒装纸盒上压出封口处的折印，以便于后续由纸盒封装设备63对其进行封装，此结构中，第一压板和第二压板可动，能够匹配于本实施例中的纸盒上料设备，对不同规格的未成型纸盒进行成型操作。

可以理解的是，将吸附头吸附的未成型纸盒放置到纸盒成型设备61上，可通过取料部643加以完成，也可额外设置传送机构例如传送带加以完成，在本实施例中，取料部3完成取料后，通过水平位移机构和竖直位移机构调节吸附头的位置，将未成型纸盒放置到纸盒成型设备61上。

在上述实施方式中，第一气动元件和第二气动元件包括但不限于是气缸、空气泵等驱动原件，在本实施例中，第一气动元件和第二气动元件例如是气缸。

在本实施例中，纸盒成型设备61和纸盒封装设备63通过传送带8连接，纸盒成型设备61和纸盒封装设备63之间还设置有六轴机器人66以及快换装置661，六轴机器人66用于将纸盒成型设备61中完成成型的纸盒抓取到传送带68上以进行封装，快换装置661上设置有快换接头，供六轴机器人66更换，用于适配不同的抓取需求。

在本实施例中，纸盒成型设备61和纸盒封装设备63之间还设置有内衬上料设备62，由设置在安装台641内的升降机对不同规格的内衬进行上料，当纸盒成型设备61中的纸盒成型后，六轴机器人66从内衬上料设备62内拿取内衬放入成型的纸盒内。

结合图5所示，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：处理器(processor)500及存储器(memory)501；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使终端执行本实施例中任一项方法。可选地，该电子设备还可以包括通信接口(Communication Interface)502和总线503。其中，处理器500、通信接口502、存储器501可以通过总线503完成相互间的通信。通信接口502可以用于信息传输。处理器500可以调用存储器501中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。

可选地，电子设备包括音频装置、计算机、智能手机、平板电脑、服务器等，其中，若电子设备为音频装置，通过处理器(processor)500执行上述方法，以实现对该音频装置的自身测试。

此外，上述的存储器501中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器501作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器500通过运行存储在存储器501中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。

存储器501可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器501可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非说易失性存储器。

本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。

本公开实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例公开的电子设备，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子设备执行如上方法的各个步骤。

在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，简称GPU)，网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。上述计算机可读介质可以是上述应用集成设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该应用集成设备执行时，使得该应用集成设备执行图1至图3的步骤流程。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

综上所述，本申请通过智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，构建所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间的双向映射关系，一方面，针对现场管理人员而言，通过双向映射关系实现交互更人性化；另一方面，通过所述数字孪生模型实时动态数据驱动虚拟仿真场景的运行，管理人员无需亲临生产现场就可以直观地查看全产线不同视角下的生产情况，解决了监控视野局限且信息展示不直观的问题，在决策上更为便捷，不仅可提高产出产品的质量，还提高了智能化柔性生产线的管理能力，实现智能化、人性化管理。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生的产线管理方法，其特征在于，包括：

根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令响应于所述控制命令进行产线管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，包括：

基于所述智能化柔性生产线的生产要素构建物理模型，通过所述生产要素的规则属性确定所述物理模型的约束因子，其中，所述约束因子包括各岛的属性信息、工厂布局、产线各岛组合、产线计划及工艺流程顺序；所述物理模型包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

根据所述智能化柔性生产线与数字孪生模型的对应关系，结合所述约束因子与所述物理模型进行融合得到数字孪生模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系，还包括：

实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据；

对所述运行状态数据进行解析处理，得到数据解析结果；

根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述运行状态与运行参数对所述数字孪生模型形成的所述虚拟智能化柔性生产线进行优化，还包括：

对采集的智能化柔性生产线中各岛的历史信息、传感信息、控制信息、物流信息进行分类，得到运行状态与运行参数；

将所述运行状态与运行参数分别与数字孪生模型建立实时一一映射关系，得到实际生产与虚拟生产实时同步的多物理量、多尺度和多维度的数字孪生模型；

根据生产计划数据、工艺流程数据和扰动数据规划自身的反应机制，并在全局最优的目标下对各岛的行为进行协同控制与优化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案，包括：

获取生产方提供的产品订单数据，基于所述产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线中的供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛分别进行参数配置，其中，所述参数配置包括各岛的动态行为逻辑、各岛待处理的目标产品；

通过对所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛进行虚拟仿真，其中，将所述供应链岛提供的目标原材料放置在所述装配台，完成所述目标原材料的装配，得到装配产品；利用所述定制化岛对所述装配产品进行个性化处理，得到个性化产品；利用所述包装岛对所述个性化产品进行包装，得到目标产品，利用所述交付岛将所述目标产品交付至用户，进而，根据各岛的处理数据确定各岛的仿真数据；

基于工艺流程结合各岛所对应的所述仿真数据按照效率最优进行组合，确定虚拟仿真所得的执行方案。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，还包括：

将所述数字孪生模型集成于一智能设备，通过所述智能设备实时显示所述智能化柔性生产线的状态；并利用所述智能设备发送针对于所述供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛中至少任一设备的控制指令；其中，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令；

若所述控制命令为虚拟仿真，根据所述虚拟仿真针对的对象以及待处理的目标产品对虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，生成仿真数据以及虚拟仿真生产对应的仿真视频；

若所述控制命令为动作模拟，根据所述动作模拟针对的对象以及待处理的目标产品选定智能化柔性生产线某一环节进行运转，采集设备进行动作模拟所产生模拟视频，将所述模拟视频通过数字孪生方式进行实时展示；

若所述控制命令为手动模式下的操作指令，根据所述操作指令针对的对象以及所述操作指令的类型对所述智能化柔性生产线进行控制，通过数字孪生方式实时展示当前控制过程；

其中，所述对象包括产线整体层、单岛台层与单设备层中的至少之一。

7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：若监测到所述数字孪生模型所对应的虚拟智能化柔性生产线中任一设备发生故障时，根据当前故障设备反馈的故障参数以及所述当前故障设备关联的设备参数进行虚拟仿真，得到故障仿真结果；基于所述故障仿真结果与所述故障设备对应的知识图谱模型进行分析，确定所述故障设备的故障原因将所述故障原因发送至前端进行显示，通知管理人员进行及时维修；其中，所述知识图谱模型基于设备的实体信息、各个实体对应的属性信息以及各个实体之间的关联关系。

8.一种基于数字孪生的产线管理系统，其特征在于，包括：

孪生模型构建模块，用于根据智能化柔性生产线的生产要素构建数字孪生模型，所述智能化柔性生产线包括供应链岛、装配岛、定制化岛、包装岛与交付岛；

模型优化模块，用于实时获取所述智能化柔性生产线各岛的运行状态数据，根据所述运行状态数据对所述数字孪生模型进行优化，以使所述数字孪生模型与所述智能化柔性生产线之间形成双向映射关系；

虚拟仿真模块，基于产品订单数据对所述数字孪生模型形成的虚拟智能化柔性生产线进行参数配置，确定虚拟仿真产生的仿真数据，根据所述仿真数据进行组合确定效率最优的执行方案；

产线管理模块，用于将所述执行方案转化成对所述智能化柔性生产线的控制指令，所述控制指令在所述智能化柔性生产线对应的产线整体层、单岛台层与单设备层之间进行切换，输出不同的控制命令，响应于所述控制命令进行产线管理。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

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