CN115826438A - 一种基于数字孪生的工业仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于数字孪生工业仿真方法及系统，本发明涉及智能制造技术领域。本发明的方案：第一方面，一种基于数字孪生工业仿真方法，包括以下步骤：获取电气元件模型和电气参数；获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。第二方面，一种基于数字孪生工业仿真系统，包括全真电气元件模块、虚拟现实模块、数字孪生运行模块和仿真生产线管理模块。本发明能够在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

Description

一种基于数字孪生的工业仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，具体而言，涉及一种基于数字孪生工业仿真方法及系统。

背景技术

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性，具有实时同步、忠实映射、高保真度特性，能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段。随着数字孪生车间概念的提出，数字孪生在智能制造中的应用潜力得到越来越多的关注。具体来说，数字孪生(digitaltwin)是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。工业互联网是指通过网络将工业系统中的智能物体(intelligentmachine)、智能分析(advancedanalytics)和人(people)相连接的系统。当前，利用工业互联网云平台来打造数字孪生模型的情况越来越多，国家及地方各级政府应加强在法律法规层面对工业互联网应用的保障支持。

目前，传统的工业自动化三维仿真系统与数据仿真系统无法实现实时的数据交互，自动化产线设计者和学员无法在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，这导致很多错误无法被提前避免，导致额外的人身及资产安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生工业仿真方法，其能够在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

本发明的另一目的在于提供一种基于数字孪生工业仿真系统，其能够能够在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种基于数字孪生工业仿真方法，包括以下步骤：获取电气元件模型和电气参数；获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述获取电气元件模型和电气参数步骤包括：获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化步骤包括：将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真步骤包括：将多种PLC在三维模型在下运行；将多种机器人程序在三维模型下运行。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据步骤包括：用户任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

第二方面，本申请实施例提供一种基于数字孪生工业仿真系统，包括全真电气元件模块、虚拟现实模块、数字孪生运行模块和仿真生产线管理模块；全真电气元件模块：用于获取电气元件模型和电气参数；虚拟现实模块：用于获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；数字孪生运行模块：用于将优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真仿真生产线管理模块：用于创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述全真电气元件模块包括电气元件数据管理查询子模块和安装调试运行仿真子模块；电气元件数据管理查询子模块：用于获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；安装调试运行仿真子模块：用于对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述虚拟现实模块包括三维仿真子模块、材质仿真子模块和物理仿真子模块；三维仿真子模块：用于将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；材质仿真子模块：用于将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；物理仿真子模块：用于将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述数字孪生运行模块包括PLC运行仿真子模块和机器人运动仿真子模块；PLC运行仿真子模块：用于将多种PLC在三维模型在下运行；机器人运动仿真子模块：用于将多种机器人程序在三维模型下运行。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述仿真生产线管理模块包括仿真生产线编辑子模块、仿真生产线运行子模块和数据采集与分析子模块；仿真生产线编辑子模块：用于任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；仿真生产线运行子模块：用于对仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；数据采集与分析子模块：用于采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

第一方面，本申请实施例提供的一种基于数字孪生工业仿真方法，包括以下步骤：获取电气元件模型和电气参数；获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

本实施例中，用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

第二方面，一种基于数字孪生工业仿真系统，包括全真电气元件模块、虚拟现实模块、数字孪生运行模块和仿真生产线管理模块；全真电气元件模块：用于获取电气元件模型和电气参数；虚拟现实模块：用于获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；数字孪生运行模块：用于将优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真仿真生产线管理模块：用于创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

本实施例中，全真电气元件模块作为虚拟现实模块和数字孪生运行模块的数据支撑和素材库，包含海量的电器元件三维模型及电气参数，数字孪生运行模块能够在安全的虚拟环境下实时运行PLC程序和机器人程序，并与虚拟环境中的其他物体发生互动，这改变了目前此类编程结果只能通过真实元器件进行有效测试的现状用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全；用户能够不受物理空间和资金投入的限制，自行搭建任意规模的虚拟产线并测试其运行效果，能够提升仿真作业的效果和便捷度，降低生产线设计阶段的成本，提高设计结果的可靠性，并为智能制造创新实践提供了一个低成本、便捷、安全的实验平台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一种基于数字孪生工业仿真方法流程图；

图2为本发明实施例一种基于数字孪生工业仿真系统原理图。

图中标示：1-全真电气元件模块，2-虚拟现实模块，3-数字孪生运行模块，4-仿真生产线管理模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

请参考图1所示。本申请实施例提供的一种基于数字孪生工业仿真方法，包括以下步骤：获取电气元件模型和电气参数；获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

上述实施方式中，S101：获取电气元件模型和电气参数；

用户在数据库内获取预设的电气元件三维模型及电气参数，为后续的仿真作数据支撑；

S102：获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；

三维模型在图像和物理方面进行仿真，使三维模型与真实数据更加接近；

S103：优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；

三维模型模拟真实生产线的运行逻辑和行为，完成整个工业流程的仿真；

S104：创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据；

用户任意创建仿真生产线，用户在虚拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据。

本实施例中，用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，获取电气元件模型和电气参数步骤包括：获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

本实施例中，用户可以对虚拟的电气元件进行增加、删除、修改和查询操作，为后续的仿真作好数据支撑，用户增加电气元件需要获取其类型、品牌、型号和参数信息；而且用户能够对每个电气元件在虚拟环境中进行接线、安装、编程调试等操作，可以模拟多种运行场景。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化步骤包括：将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

本实施例中，用户将电气元件、工具、场景、人物等要素以规则三维网格模型的形式进行优化和存储，并给模型赋予运动参数；用户让三维模型针对不同的虚拟灯光和环境给出特异性反馈，让三维模型具有金属、混凝土、木材等自然界中的质感，增强仿真效果的真实感；用户让虚拟场景中的各个物体以同现实世界相同的方式进行交互运动，遵循现实世界各项物理法则，可支持重力、动量、角动量、阻尼、摩擦等多重物理变量，实现碰撞、振荡、坠落、驱动、滚转等多种物理行为的实时仿真，并能够实现夹取、按压、传动等精细操作的模拟。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真步骤包括：将多种PLC在三维模型在下运行；将多种机器人程序在三维模型下运行。

本实施例中，支持将多种品牌和类型的PLC程序在虚拟环境中运行，让虚拟电气元件对PLC程序的解读和反馈与现实世界完全一致；支持将多种品牌和类型的机器人程序在虚拟环境中运行，让虚拟工业机器人程序的解读和反馈与现实世界完全一致；基于正向动力学和反向动力学两个引擎，实现多级关节联动效果的实时解算，用于支持机器人运动及其他传动轴系统运动的仿真。

基于第一方面，在本发明的一些实施例中，创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据步骤包括：用户任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

本实施例中，用户基于元件库中的电气元件在虚拟环境中任意搭建组装成为仿真生产线，在视觉感官和物理行为方面与现实世界保持高度一致；实现仿真产线中各个电气元件之间的交互仿真，以及与后端控制服务器之间的实时通讯，保障仿真生产线在虚拟环境的运行效果与现实世界中的对应实例保持高度一致；采集整个运行过程中的用户行为数据、电气元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据，供验证、分析、改进、示范、教学使用。

实施例2

请参考图2所示。本申请提供一种基于数字孪生工业仿真系统，包括全真电气元件模块1、虚拟现实模块2、数字孪生运行模块3和仿真生产线管理模块4；全真电气元件模块1：用于获取电气元件模型和电气参数；虚拟现实模块2：用于获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；数字孪生运行模块3：用于将优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真仿真生产线管理模块4：用于创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

本实施例中，全真电气元件模块1作为虚拟现实模块2和数字孪生运行模块3的数据支撑和素材库，包含海量的电器元件三维模型及电气参数，数字孪生运行模块3能够在安全的虚拟环境下实时运行PLC程序和机器人程序，并与虚拟环境中的其他物体发生互动，这改变了目前此类编程结果只能通过真实元器件进行有效测试的现状用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全；用户能够不受物理空间和资金投入的限制，自行搭建任意规模的虚拟产线并测试其运行效果，能够提升仿真作业的效果和便捷度，降低生产线设计阶段的成本，提高设计结果的可靠性，并为智能制造创新实践提供了一个低成本、便捷、安全的实验平台。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，全真电气元件模块1包括电气元件数据管理查询子模块和安装调试运行仿真子模块；电气元件数据管理查询子模块：用于获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；安装调试运行仿真子模块：用于对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

本实施例中，用户可以对虚拟的电气元件进行增加、删除、修改和查询操作，为后续的仿真作好数据支撑，用户增加电气元件需要获取其类型、品牌、型号和参数信息；而且用户能够对每个电气元件在虚拟环境中进行接线、安装、编程调试等操作，可以模拟多种运行场景。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，虚拟现实模块2包括三维仿真子模块、材质仿真子模块和物理仿真子模块；三维仿真子模块：用于将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；材质仿真子模块：用于将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；物理仿真子模块：用于将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

本实施例中，用户将电气元件、工具、场景、人物等要素以规则三维网格模型的形式进行优化和存储，并给模型赋予运动参数；用户让三维模型针对不同的虚拟灯光和环境给出特异性反馈，让三维模型具有金属、混凝土、木材等自然界中的质感，增强仿真效果的真实感；用户让虚拟场景中的各个物体以同现实世界相同的方式进行交互运动，遵循现实世界各项物理法则，可支持重力、动量、角动量、阻尼、摩擦等多重物理变量，实现碰撞、振荡、坠落、驱动、滚转等多种物理行为的实时仿真，并能够实现夹取、按压、传动等精细操作的模拟。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，数字孪生运行模块3包括PLC运行仿真子模块和机器人运动仿真子模块；PLC运行仿真子模块：用于将多种PLC在三维模型在下运行；机器人运动仿真子模块：用于将多种机器人程序在三维模型下运行。

本实施例中，仿真生产线支持将多种品牌和类型的PLC程序在虚拟环境中运行，让虚拟电气元件对PLC程序的解读和反馈与现实世界完全一致；支持将多种品牌和类型的机器人程序在虚拟环境中运行，让虚拟工业机器人程序的解读和反馈与现实世界完全一致；基于正向动力学和反向动力学两个引擎，实现多级关节联动效果的实时解算，用于支持机器人运动及其他传动轴系统运动的仿真。

基于第二方面，在本发明的一些实施例中，仿真生产线管理模块4包括仿真生产线编辑子模块、仿真生产线运行子模块和数据采集与分析子模块；仿真生产线编辑子模块：用于任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；仿真生产线运行子模块：用于对仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；数据采集与分析子模块：用于采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

本实施例中，用户基于元件库中的电气元件在虚拟环境中任意搭建组装成为仿真生产线，在视觉感官和物理行为方面与现实世界保持高度一致；实现仿真产线中各个电气元件之间的交互仿真，以及与后端控制服务器之间的实时通讯，保障仿真生产线在虚拟环境的运行效果与现实世界中的对应实例保持高度一致；采集整个运行过程中的用户行为数据、电气元件时序数据、异常情况数据以及产线效能指标数据，供验证、分析、改进、示范、教学使用。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、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，所述模块、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方式中，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，两个连续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，这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动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。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

综上所述，第一方面，本申请实施例提供的一种基于数字孪生工业仿真方法，包括以下步骤：获取电气元件模型和电气参数；获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

本实施例中，用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全。

第二方面，一种基于数字孪生工业仿真系统，包括全真电气元件模块1、虚拟现实模块2、数字孪生运行模块3和仿真生产线管理模块4；全真电气元件模块1：用于获取电气元件模型和电气参数；虚拟现实模块2：用于获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；数字孪生运行模块3：用于将优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真仿真生产线管理模块4：用于创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

本实施例中，全真电气元件模块1作为虚拟现实模块2和数字孪生运行模块3的数据支撑和素材库，包含海量的电器元件三维模型及电气参数，数字孪生运行模块3能够在安全的虚拟环境下实时运行PLC程序和机器人程序，并与虚拟环境中的其他物体发生互动，这改变了目前此类编程结果只能通过真实元器件进行有效测试的现状用户可以在拟环境中对仿真生产线进行运行、测试，并记录和分析运行数据，而且可以将现实数据与虚拟数据进行实时交互，用户可以在实体机械设备和线路搭建完成之前准确预测其运行结果，保证人身及资产安全；用户能够不受物理空间和资金投入的限制，自行搭建任意规模的虚拟产线并测试其运行效果，能够提升

仿真作业的效果和便捷度，降低生产线设计阶段的成本，提高设计结果的5可靠性，并为智能制造创新实践提供了一个低成本、便捷、安全的实验平台。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精

神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请0的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性

的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限5定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生工业仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电气元件模型和电气参数；

获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；

优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真；

创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生工业仿真方法，其特征在于，所述获取电气元件模型和电气参数步骤包括：

获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；

对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生工业仿真方法，其特征在于，所述获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化步骤包括：

将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；

将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；

将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生工业仿真方法，其特征在于，所述优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真步骤包括：

将多种PLC在三维模型在下运行；

将多种机器人程序在三维模型下运行。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生工业仿真方法，其特征在于，所述创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据步骤包括：

用户任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；

仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；

采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

6.一种基于数字孪生工业仿真系统，其特征在于，包括全真电气元件模块、虚拟现实模块、数字孪生运行模块和仿真生产线管理模块；

全真电气元件模块：用于获取电气元件模型和电气参数；

虚拟现实模块：用于获取自动化产线的信息，根据自动化产线信息构建三维模型，并对三维模型进行优化；

数字孪生运行模块：用于将优化后的三维模型进行工业生产线运行测试，得到整个工业流程的仿真

仿真生产线管理模块：用于创建仿真生产线，并对仿真生产线进行运行、测试、记录运行数据和分析运行数据。

7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生工业仿真系统，其特征在于，所述全真电气元件模块包括电气元件数据管理查询子模块和安装调试运行仿真子模块；

电气元件数据管理查询子模块：用于获取电气元件的类型、品牌、型号和参数；

安装调试运行仿真子模块：用于对电气元件进行接线、安装、编程和调试。

8.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生工业仿真系统，其特征在于，所述虚拟现实模块包括三维仿真子模块、材质仿真子模块和物理仿真子模块；

三维仿真子模块：用于将电气元件、工具、场景和人物构建成三维模型，并对三维模型进行存储；

材质仿真子模块：用于将三维模型针对不同的虚拟灯光和虚拟环境给出特异性反馈，使三维模型具有金属、混泥土和木材的质感；

物理仿真子模块：用于将三维模型中的物体进行运动，并对物体的碰撞、振荡、坠落、驱动和滚转进行实时仿真。

9.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生工业仿真系统，其特征在于，所述数字孪生运行模块包括PLC运行仿真子模块和机器人运动仿真子模块；

PLC运行仿真子模块：用于将多种PLC在三维模型在下运行；

机器人运动仿真子模块：用于将多种机器人程序在三维模型下运行。

10.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生工业仿真系统，其特征在于，所述仿真生产线管理模块包括仿真生产线编辑子模块、仿真生产线运行子模块和数据采集与分析子模块；

仿真生产线编辑子模块：用于任意组装仿真生产线，仿真生产线的视觉感官和物理行为与现实世界保持一致；

仿真生产线运行子模块：用于对仿真生产线中的电气元件交互仿真，仿真生产线的运行效果与现实世界保持一致；

数据采集与分析子模块：用于采集仿真生产线中的用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据，并对用户行为数据、电器元件时序数据、异常情况数据和效能指标数据进行验证、分析、改进、示范和教学。

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