CN115422620B - 基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质，应用于装备再设计技术领域，包括：通过构建物流装备的数字孪生模型，在充分考虑客户的功能需求以及再设计对物流装备的影响下，对物流装备进行再设计，将设计成功后的物流装备上传到数字孪生模型中，在数据孪生模型中对产品进行测试以及运行，相较于现有技术中，再设计后的产品需要先小批量的生产，然后才能对再设计的产品的性能进行校验，本发明采用的方案极大的缩短了再设计的周期，同时减少了再设计过程需要花费的时间和资金。

Description

基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及装备再设计技术领域，具体涉及基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质。
背景技术
产品设计师通常无法实时跟踪各种产品相关信息。特别是，当产品在外包工厂制造、由第三方零售商分销、由全球分销客户购买并由第三方经销商维护时。这就造成了设计师必须采用例如调查、访谈、民族志等方法来征求客户的反馈，减少产品的实际表现和预期表现之间的不一致性，使产品的实际表现尽可能与预期表现相一致。
传统技术中，产品经再设计后形成新产品时，需要经过小批量生产并反复测试后才能评估其设计的有效性和可行性，而这延长了设计周期，大大增加了时间和资金成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供基于数字孪生的物流装备再设计方法、装置及存储介质，以解决现有技术中，产品经再设计后形成新产品时，需要先经过小批量生产并反复测试后才能评估其有效性与可行性，延长了再设计的周期，增加了时间和资金成本的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供基于数字孪生的物流装备再设计方法，包括：
构建物流装备的数字孪生模型；
在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
在功能需求层次分级结果上，得到每一个功能需求的平均粗糙数值；
根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；
在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
将变更后的物流装备的数字孪生模型上传至VR设备中，用户通过VR设备对变更后的物流装备进行观察。
优选地，
所述构建物流装备的数字孪生模型包括：
通过三维绘图软件绘制所有型号物流装备的3D模型；
在3dmax中对绘制的物流装备的3D模型进行贴图渲染，形成与现实空间内物流装备的1：1等比例映射，形成完整的物流装备模型库；
将构建好的物流装备模型库导入到Unity3D中，在unity的环境下形成物流装备的数字孪生模型；
构建物流装备的数据库，所述物流装备的数据库包括所有的物流装备的历史运行数据、PLC数据、编码器数据以及终端运行数据；
将物流装备的数据库导入到Unity3D中，在Unity3D环境下通过数据驱动数字孪生模型运动，使之完整的呈现物流装备在现实环境中的运行情况，实现虚实对应。
优选地，
所述物流装备的数字孪生模型包括：
几何模型：用于表示物流装备的几何结构；
物理模型：用于表示物流装备的受力变化，通过ANSYS和MATLAB仿真模拟计算物流装备所受承载力的变化；
行为模型：用于表示物流装备在运行过程中的运动状态及运动动作；
规则模型：用于表示物流装备的作业轨迹、约束条件和运动范围。
优选地，
所述功能需求层次分级包括：期望需求、基本需求、无差异需求以及反向需求；
对不同层次的功需求预设有不同的相对重要性分数，在相对重要性分数的基础上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值。
优选地，
所述根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度：
在再设计过程中，根据构件为直接性构件或间接性构件设定权重，根据所涉及到的构件的权重以及构件的个数计算变更影响度。
优选地，还包括：
用户通过VR设备对变更后的物流装备的数字孪生模型进行观察，基于触觉建模交互功能实现对数字孪生模型的外型进行调整。
根据本发明实施例的第二方面，提供基于数字孪生的物流装备再设计装置，包括：
模型构建模块：用于构建物流装备的数字孪生模型；
需求获取模块：用于在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
功能分级模块：用于根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
粗糙数值计算模块：用于在功能需求层次分级结果上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值；
再设计模块：用于根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；
在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
上传模块：用于将变更后的物流装备的数字孪生模型上传至VR设备中，用户通过VR设备对变更后的物流装备进行观察。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控器执行时，实现所述的基于数字孪生的物流装备再设计方法中的各个步骤。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请通过构建物流装备的数字孪生模型，在充分考虑客户的功能需求以及再设计对物流装备的影响下，对物流装备进行再设计，将设计成功后的物流装备上传到数字孪生模型中，在数据孪生模型中对产品进行测试以及运行，相较于现有技术中，再设计后的产品需要先小批量的生产，然后才能对再设计的产品的性能进行校验，本发明采用的方案极大的缩短了再设计的周期，同时减少了再设计过程需要花费的时间和资金。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的基于数字孪生的物流装备再设计方法的流程示意图；
图2是根据另一示例性实施例示出的数字孪生模型的构建方法的流程示意图；
图3是根据另一示例性实施例示出的基于数字孪生的物流装备再设计装置的系统示意图；
附图中：1-模型构建模块，2-需求获取模块，3-功能分级模块，4-粗糙数值计算模块，5-再设计模块，6-上传模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是根据一示例性实施例示出的基于数字孪生的物流装备再设计方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S1，构建物流装备的数字孪生模型；
S2，在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
S3，根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
S4，在功能需求层次分级结果上，得到每一个功能需求的平均粗糙数值；
S5，根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
S6，将变更后的物流装备的数字孪生模型上传至VR设备中，用户通过VR设备对变更后的物流装备进行观察；
可以理解的是，本方案通过构建物流装备的数字孪生模型，用户通过佩戴VR眼镜并选择数字孪生模型后，通过拉拽模型库中物流装备模型可以根据自己的物流工厂的布局与样貌或者想要搭建的生产线布局在虚拟空间下的完美还原，并且通过连接数据库中的装备数据使布置好的整条产线运行起来，客户可以根据整条产线的运行情况并结合自身需求对产线中的物流装备进行提议，所提意见会保存在系统中，设计师可以通过PC端系统对所提意见进行及时查看，设计师针对客户在物流装备使用的过程中所提出的建议对装备进行升级再设计，其中升级再设计包含功能设计和结构设计两大部分，首先是功能设计，对现有物流装备进行再设计即意味着现有物流装备的功能并不满足当前客户的需求，因此通过VR设备收集到客户对装备功能需求升级的提议后，首先要对当前物流装备进行功能分析，应用AD理论中的公理设计理论对物流装备的功能进行分析，会将整个设计过程分为4个域，分别为客户需求域、功能域、物理域和过程域，它们之间的关系为依次递减的，即高层次的设计决策会影响到低层次决策的求解。在实际分析过程中其4个域可以具体分为客户需求、功能需求、设计参数和工艺变量。其中客户需求和功能需求属于功能设计部分，而设计参数和工艺变量属于结构设计部分，功能设计与结构设计之间的映射关系可用数学中的特征向量进行描述，已经确定的功能设计部分所构成FR向量，和用来满足新增功能需求的机构设计参数构成DP向量，两者关系为：
Figure 647379DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 201857DEST_PATH_IMAGE002
表示设计矩阵；
同时因为高层次的设计决定着底层次的参数变化，所以必须采用合适的功能需求分析方法，虽然VR设备能及时收集到客户针对于装备功能需求的变化的建议，但客户的需求仍然具有模糊性、多样性和相似性的特点，这里应用质量功能配置法（QFD）对功能需求进行分析，其具体分析步骤如下：
首先确定需求层次分级；
将VR设备采集到的客户需求进行层次分级后，应用质量功能配置法（QFD）对功能需求进行分析，构建“质量屋”并评定重要性。质量功能配置法的核心就是将客户的主观需求信息转化为产品设计质量要求，用可视化矩阵反映用户需求与产品开发中技术信息和技术规范之间的内在联系，将客户的需求语言转换为设计师的技术语言。基于需求层次分级，确定其需求的相对重要性；
需求相对重要性的评定，首先是通过1-9分标度评定的，其中期望需求（9-7）、基本需求（6-4）、无差异需求（2-3）和反向需求（1），但在进行需求评定时仅依靠分数具有不客观性，因此引入粗糙数的概念来有效减少不客观因素的影响，使得到的结果更加客观。其各个功能的平均粗糙数的计算公式为：
Figure 568116DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 967874DEST_PATH_IMAGE004
代表该需求的平均粗糙数；
Figure 673661DEST_PATH_IMAGE005
代表需求1-9分数值，
Figure 133462DEST_PATH_IMAGE006
代表所有需求个数；基于每个需求的平均粗糙数值进行排序，其排序结果与用户所需功能需求成正比。选择平均粗糙数值大于预设的阈值的功能需求，设计师基于功能需求设计装备结构；
在装备的再设计过程中系统也会始终实时地对再设计变更影响程度进行分析。因为在再设计的过程中会使原装备结构件发生删除、引入和替换等行为的过程，而装备功能实现是所有结构部件共同作用的结果, 因此对装备进行再设计操作时必定会导致原结构发生变化。而由于再设计操作导致变化的结构件又可能进一步影响到与之关联的其他构件,有可能会使得结构间发生连锁变更现象，所以计算装备的再设计变更影响是十分重要的；
在装备再设计时将其结构分为两大类分别为直接性构件和间接性构件，直接性构件为在再设计操作时对目标功能起到直接作用的结构,间接性构件主要是指和直接性构件相关联的部分结构件。在计算再设计变更影响程度时即取决于直接性构件和间接性构件的个数及其重要度权值：
Figure 173968DEST_PATH_IMAGE007
公式中A代表直接性构件个数，B代表间接性构件个数，
Figure 377416DEST_PATH_IMAGE008
为第
Figure 937710DEST_PATH_IMAGE009
个直接性构件的重要性权重；
Figure 833991DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 909263DEST_PATH_IMAGE009
个直接性构件发生变更的概率；
Figure 103353DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 580471DEST_PATH_IMAGE012
个间接性构件的重要性权重；
Figure 647653DEST_PATH_IMAGE013
为直接性构件的变更导致间接性构件发生变更的概率；
Figure 210221DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 693155DEST_PATH_IMAGE015
为第
Figure 290358DEST_PATH_IMAGE009
个直接性构件和第
Figure 528442DEST_PATH_IMAGE012
个间接性构件的关联性大小；
当I值大于1时，证明在装备的再设计变更影响程度高，需慎重考虑结构变化对装备的影响；当I值大于0小于1时，证明在装备的再设计变更影响程度低；因此在设计过程中设计师需保持再设计变更影响程度I值在0-1之间；
然后设计师将再设计后的装备数字孪生模型上传到VR设备中，客户通过VR设备对装备进行观察与了解；
设计完成后，在VR环境下将再设计后的装备与产线模型相连，通过调用数据库中的数据对产线性能及装备功能进行仿真模拟，在仿真模拟过程中，客户使用者仅能通过VR眼镜观察到再设计后的装备运行情况，其装备运行与产线相连是设计师在Unity3D客户端进行试验的，试验调教完成后在上传到VR端供客户观察，其过程为设计师通过Unity3D接收到由设计师和客户共同再设计后的装备模型，对模型添加数据信号（信号来源问题1、如果在再设计过程中装备的整体结构及其动力参数变化不大的情况下，可以直接使用原装备过程中收集到的数据；2、如果在再设计过程中装备的整体结构及其动力参数变化较大的情况下，首先获取装备参数特征，对装备进行动力学计算，对设计过程中的细节参数进行调整，通过动力学计算可得其自身响应，将自身响应和原始装备数据作为输入对装备的运行进行驱动），验证其性能并对模型完成最后的微调。
本申请通过构建物流装备的数字孪生模型，在充分考虑客户的功能需求以及再设计对物流装备的影响下，对物流装备进行再设计，将设计成功后的物流装备上传到数字孪生模型中，在数据孪生模型中对产品进行测试以及运行，相较于现有技术中，再设计后的产品需要先小批量的生产，然后才能对再设计的产品的性能进行校验，本发明采用的方案极大的缩短了再设计的周期，同时减少了再设计过程需要花费的时间和资金。
优选地，
所述构建物流装备的数字孪生模型包括：
S101，通过三维绘图软件绘制所有型号物流装备的3D模型；
S102，在3dmax中对绘制的物流装备的3D模型进行贴图渲染，形成与现实空间内物流装备的1：1等比例映射，形成完整的物流装备模型库；
S103，将构建好的物流装备模型库导入到Unity3D中，在unity的环境下形成物流装备的数字孪生模型；
S104，构建物流装备的数据库，所述物流装备的数据库包括所有的物流装备的历史运行数据、PLC数据、编码器数据以及终端运行数据；
S105，将物流装备的数据库导入到Unity3D中，在Unity3D环境下通过数据驱动数字孪生模型运动，使之完整的呈现物流装备在现实环境中的运行情况，实现虚实对应；
可以理解的是，本实施例还公开数字孪生模型的构建方法的流程示意图，如附图2所示，通过三维绘图软件3dmax绘制公司所制造的所有型号物流装备的3D模型，其物流装备包括堆垛机、单双轴落丝机、输送机、移载机、提升机、穿梭车等。在3dmax中对绘制的装备模型进行贴图渲染，形成与现实空间内物流装备的1：1等比例映射，形成完整的装备模型库；将构建好的物流装备模型库导入到Unity3D中，在unity的环境下开发物流装备的数字孪生模型，每种型号的物流装备都有其与之相对应的数字孪生模型，在VR环境中具有完成的物流装备模型库；除模型外另一关键点在于构建物流装备的数据库，该数据库存储的数据包含在过往项目中采集到的装备运行数据、PLC数据以、编码器数据及终端运行数据。在Unity3D环境下通过数据驱动模型运动，使之能完整的表达物流装备在现实环境中的运行情况、虚实对应，完成数字孪生系统的建立，并开发VR环境下可运行系统。
优选地，
所述物流装备的数字孪生模型包括：
几何模型：用于表示物流装备的几何结构；
物理模型：用于表示物流装备的受力变化，通过ANSYS和MATLAB仿真模拟计算物流装备所受承载力的变化；
行为模型：用于表示物流装备在运行过程中的运动状态及运动动作；
规则模型：用于表示物流装备的作业轨迹、约束条件和运动范围；
可以理解的是，物流装备的数字孪生模型除最重要的几何模型外，还包括物理模型、行为模型和规则模型；物理模型用于表示装备的受力变化，可应用ANSYS和MATLAB仿真模拟计算装备所受承载力的变化；行为模型用于表示装备在运行过程中的运动状态及运动动作；规则模型用于表示装备的作业轨迹、约束条件和运动范围。每种型号的物流装备都有其与之相对应的数字孪生模型，在VR环境中具有完成的物流装备模型库。
优选地，
所述功能需求层次分级包括：期望需求、基本需求、无差异需求以及反向需求；
对不同层次的功需求预设有不同的相对重要性分数，在相对重要性分数的基础上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值；
可以理解的是，本方案中将功能需求层次分为4级分别为期望需求、基本需求、无差异需求和反向需求。期望需求即客户期望能实现的功能；基本需求指客户认为该装备应具备的功能，若装备具备该项功能并不会提升客户的满意度，但若缺少该功能则会引起客户的不满；无差异需求指装备的该功能对客户的满意度不产生影响；反向需求即客户不喜欢该功能，该功能的存在会引起客户的强烈不满，根据不同的功能需求层次等级设置不同的分数，如果仅仅是通过各功能需求层次等级的分数来判断重要程度的话，具有不客观性，因此引入粗糙数的概念来有效减少不客观因素的影响，使得到的结果更加客观。
优选地，
所述根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度：
在再设计过程中，根据构件为直接性构件或间接性构件设定权重，根据所涉及到的构件的权重以及构件的个数计算变更影响度；
可以理解的是，在装备的再设计过程中系统也会始终实时地对再设计变更影响程度进行分析。因为在再设计的过程中会使原装备结构件发生删除、引入和替换等行为的过程，而装备功能实现是所有结构部件共同作用的结果, 因此对装备进行再设计操作时必定会导致原结构发生变化。而由于再设计操作导致变化的结构件又可能进一步影响到与之关联的其他构件,有可能会使得结构间发生连锁变更现象，所以计算装备的再设计变更影响是十分重要的；在装备再设计时将其结构分为两大类分别为直接性构件和间接性构件，直接性构件为在再设计操作时对目标功能起到直接作用的结构,间接性构件主要是指和直接性构件相关联的部分结构件。
优选地，还包括：
用户通过VR设备对变更后的物流装备的数字孪生模型进行观察，基于触觉建模交互功能实现对数字孪生模型的外型进行调整；
可以理解的是，本方案中还为客户提供装备再设计的功能，此功能是基于触觉建模完成的，但客户对装备进行再设计时，是无法更改装备的主体结构的，仅能对装备外型部分根据工厂产线情况进行微调，使客户也能参与到装备再设计的过程中，即客户在进行再设计时，是不会影响再设计变更影响程度的；因为触觉建模交互也是通过Unity3D完成的，因此它可以无缝与VR开发环境相匹配，传统的触觉建模是使用者通过手写笔来控制屏幕上的虚拟建模工具。通过移动手，设计师可以感觉到被编程到计算机中的虚拟物体。而在VR环境中可以使用虚拟现实手柄作为交互工具或者使用在手指上佩戴传感器，虚拟现实手柄需包含6个自由度空间追踪且带有振动反馈的；在手指上佩戴传感器或穿戴含有传感器的手套时，使用者和VR设备的交互方式需要一直保持手势交互。在应用触觉建模时，使用者可以对装备的数字孪生模型进行材质修改，并测试其坚硬程度，对部分平面及曲面进行调整，微调部分零部件的位置。并且也可以通过远程交互的方式与设计师远程沟通，在设计师的指导下对部分机构进行更改，使客户也能完全的参与到装备的再设计；
实施例二
本实施例还公开了基于数字孪生的物流装备再设计装置的系统示意图，如附图3所示，包括：
模型构建模块1：用于构建物流装备的数字孪生模型；
需求获取模块2：用于在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
功能分级模块3：用于根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
粗糙数值计算模块4：用于在功能需求层次分级结果上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值；
再设计模块5：用于根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；
在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
上传模块6：用于将变更后的物流装备上传至物流装备的数字孪生模型中；
可以理解的是，本方案通过模型构建模块1构建物流装备的数字孪生模型；通过需求获取模块2在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；通过功能分级模块3根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；通过粗糙数值计算模块4在功能需求层次分级结果上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值；通过再设计模块5根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计，在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；通过上传模块6将变更后的物流装备上传至物流装备的数字孪生模型中；通过构建物流装备的数字孪生模型，在充分考虑客户的功能需求以及再设计对物流装备的影响下，对物流装备进行再设计，将设计成功后的物流装备上传到数字孪生模型中，在数据孪生模型中对产品进行测试以及运行，相较于现有技术中，再设计后的产品需要先小批量的生产，然后才能对再设计的产品的性能进行校验，本发明采用的方案极大的缩短了再设计的周期，同时减少了再设计过程需要花费的时间和资金。
实施例三：
本实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控器执行时，实现上述方法中的各个步骤；
可以理解的是，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.基于数字孪生的物流装备再设计方法，其特征在于，包括：
构建物流装备的数字孪生模型；
在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
在功能需求层次分级结果上，得到每一个功能需求的平均粗糙数值；
根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；
在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
所述将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件包括：
所述直接性构件为在再设计操作时对目标功能起到直接作用的结构件；所述间接性构件为和直接性构件相关联的结构件；
所述根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度包括：根据结构件为直接性构件还是间接性构件设置每一个结构件的权重，根据再设计过程中所涉及到的直接性构件与间接性构件的个数与设置的权重计算每一个功能需求的变更影响程度；
将变更后的物流装备的数字孪生模型上传至VR设备中，用户通过VR设备对变更后的物流装备进行观察。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述构建物流装备的数字孪生模型包括：
通过三维绘图软件绘制所有型号物流装备的3D模型；
在3dmax中对绘制的物流装备的3D模型进行贴图渲染，形成与现实空间内物流装备的1：1等比例映射，形成完整的物流装备模型库；
将构建好的物流装备模型库导入到Unity3D中，在unity的环境下形成物流装备的数字孪生模型；
构建物流装备的数据库，所述物流装备的数据库包括所有的物流装备的历史运行数据、PLC数据、编码器数据以及终端运行数据；
将物流装备的数据库导入到Unity3D中，在Unity3D环境下通过数据驱动数字孪生模型运动，使之完整的呈现物流装备在现实环境中的运行情况，实现虚实对应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述物流装备的数字孪生模型包括：
几何模型：用于表示物流装备的几何结构；
物理模型：用于表示物流装备的受力变化，通过ANSYS和MATLAB仿真模拟计算物流装备所受承载力的变化；
行为模型：用于表示物流装备在运行过程中的运动状态及运动动作；
规则模型：用于表示物流装备的作业轨迹、约束条件和运动范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述功能需求层次分级包括：期望需求、基本需求、无差异需求以及反向需求；
对不同层次的功需求预设有不同的相对重要性分数，在相对重要性分数的基础上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度：
在再设计过程中，根据构件为直接性构件或间接性构件设定权重，根据所涉及到的构件的权重以及构件的个数计算变更影响度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
用户通过VR设备对变更后的物流装备的数字孪生模型进行观察，基于触觉建模交互功能实现对数字孪生模型的外型进行调整。
7.基于数字孪生的物流装备再设计装置，其特征在于，所述装置包括：
模型构建模块：用于构建物流装备的数字孪生模型；
需求获取模块：用于在数字孪生模型中获取用户对于物流装备的功能需求；
功能分级模块：用于根据用户对于物流装备的功能需求进行功能需求层次分级；
粗糙数值计算模块：用于在功能需求层次分级结果上，引入粗糙数的概念减少不客观因素的影响，获取每一个功能需求的平均粗糙数值；
再设计模块：用于根据大于预设的平均粗糙数值的功能需求进行物流装备的再设计；
在物流装备的再设计过程中，将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件，根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度，使得每一个功能需求的变更影响程度在预设的阈值区间，完成物流装备的变更；
所述将构成物流装备的构件分为直接性构件和间接性构件包括：
所述直接性构件为在再设计操作时对目标功能起到直接作用的结构件；所述间接性构件为和直接性构件相关联的结构件；
所述根据功能需求在再设计过程中所参与的直接性构件与间接性构件获取每一个功能需求的变更影响程度包括：根据结构件为直接性构件还是间接性构件设置每一个结构件的权重，根据再设计过程中所涉及到的直接性构件与间接性构件的个数与设置的权重计算每一个功能需求的变更影响程度；
上传模块：用于将变更后的物流装备的数字孪生模型上传至VR设备中，用户通过VR设备对变更后的物流装备进行观察。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被主控器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于数字孪生的物流装备再设计方法中的各个步骤。
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