CN115879736A - 用于岛式装配产线的模拟搭建系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于岛式装配产线的模拟搭建系统及方法，其中用于岛式装配产线的模拟搭建方法，包括以下步骤：S100、利用二维标准模型库搭建装配岛产线的各流程节点，得到装配岛产线的流程节点图；S200、利用三维标准模型库对装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型；S300、给搭建好的物理模型赋予数字化要素，得到装配岛产线的孪生模型；S400、对孪生模型进行装配岛仿真推演和装配岛运行全景监测。所述模拟搭建系统包括包括数据编辑模块、数据采集模块、数据清洗模块、数据存取融合模块、数据孪生呈现模块。相比于现有技术，本发明可以动态预测汽车装配岛产线的合理性，实现生产过程的全流程跟踪和监测。

Description

用于岛式装配产线的模拟搭建系统及方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及用于岛式装配产线的模拟搭建系统及方法。

背景技术

当下，在汽车行业中，单品牌、大批量的生产方式已经不能适应快速变化的市场需求，面对动态复杂多变的市场需求，汽车生产企业要取得竞争优势，就必须拥有根据市场需求而定制产品或快速提供产品批量生产的能力。传统的汽车生产系统已经无法满足个性化生产的需要，因此汽车企业必须对现有生产系统进行优化调整、升级，使生产系统更加柔性，根据不同的客户需要，采用多产线混合生产形成岛式装配产线的生产方式，提高制造系统的生产效率。随着数字化浪潮的影响愈加深刻，跨领域间的融合创新已成主流趋势，信息通信技术与3D建模、模拟仿真、虚拟现实及智能控制等技术和应用的有机耦合，以集成应用驱动创新。

传统的生产线设计首先利用数字化技术建立生产现场模型，然后进行离线仿真与分析，实现对产线的优化，是一种静态设计的方法。传统方法缺乏实时生产数据的驱动，无法对生产线进行全面的考虑，无法实现生产过程的全流程跟踪和监测。

发明内容

本发明的目的是提供用于岛式装配产线的模拟搭建系统及方法，可以动态预测汽车装配岛产线的合理性，实现生产过程的全流程跟踪和监测。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

用于岛式装配产线的模拟搭建方法，包括以下步骤：

S100、利用二维标准模型库搭建装配岛产线的装配工序流程节点，得到装配岛产线的流程节点图；

S200、利用三维标准模型库对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型；

S300、给搭建好的物理模型赋予数字化要素，进行装配岛产线信息建模、实际生产信息数字建模与过程信息建模，得到装配岛产线的孪生模型；

S400、对所述装配岛产线的孪生模型进行装配岛仿真推演和装配岛运行全景监测。

进一步设置为：所述三维标准模型库设置有虚拟模型，虚拟模型包括产品类模型、工位设备类模型、辅助设施类模型。

进一步设置为：步骤S200中的布局方式包括自动布局和自定义布局，其中所述所述自动布局包括如下步骤：

S211、输入人工或智能算法计算得到的以作业区域为单元的车间布局坐标值；

S212、调用快速布局数学模型，实现作业区域和工位设备的坐标和姿态快速计算；

S213、调用对应的虚拟模型并实例化对象，自动生成可视化布局模型。

进一步设置为：所述自定义布局包括如下步骤：

S221、选用虚拟模型中的对象；

S222、进行位姿调整和属性修改；

S223、得到个性化定制的布局模型。

进一步设置为：所述装配岛产线信息建模具体包括：1)定义建模对象的外观、大小和位置，和现实产线保持一致。2)对每个建模对象定义分类、名称、规格、型号、关键技术参数等属性；3)对建模对象赋静态编码，每个建模对象的静态编码都是唯一的；4)对建模对象定义物流输入输出的设备、信息流输入输出的信息点和供电设备；5)通过所述静态编码将各个建模对象彼此关联；6)对于建模对象中的核心生产设备，定义其行为并赋行为编码，每个核心生产设备的行为编码也是唯一的。

进一步设置为：所述实际生产信息数字建模包括输入产线的构成、零部件组成、加工工艺数据、加工工艺装备、材料清单和工时定额，为产线生产仿真分析和制造执行提供产线实体数据。

进一步设置为：所述装配岛产线仿真推演：在生产线的设计或改造阶段，根据产品的工艺路线预先仿真推演生产线中工位、设备、物料缓存、仓库等设施的种类、位置、数量或容量，从而设计、验证和优化装配岛的整体设计。

进一步设置为：所述装配岛运行全景监测：通过当前生产计划推演人员、机具、车辆、材料投入，实现预设的生产作业方案在车架上线、发动机上线、轮胎上线、驾驶室上线等全过程自动化全景可视，支持现场与推演平台的交互，任何用户均可在同景感知的前提下自由交互，在孪生实景下实现虚实互动。

本发明还公开了用于岛式装配产线的模拟搭建系统，其特征在于，包括数据编辑模块、数据采集模块、数据清洗模块、数据存取融合模块、数据孪生呈现模块，所述数据采集模块和数据清洗模块相连接，所述数据编辑模块、数据清洗模块与所述数据存取融合模块相连接，所述数据存取融合模块和数据孪生呈现模块相连接；

所述数据编辑模块用于产线输送设备与生产设备的拼装，并对产品生产过程各阶段毛坯件到成品的挂载，赋予数字化要素后得到装配岛产线的孪生模型；

所述数据采集模块用于从现实产线采集生产管理系统、生产设备、过点识别设备以及实时视频监控的数据，得到产线实施状态数据；

所述数据清洗模块用于将所述产线实施状态数据进行数据清洗，得到可视驱动数据；

所述数据存取融合模块用于对所述可视驱动数据与装配岛产线的孪生模型进行匹配融合，从而实现真实产线数据与虚拟产线数据的映射；

所述数据孪生呈现模块用于实现每个生产输送设备通过实时指令驱动其孪生模型与现实产线完全同步地进行生产，每个挂载的产品零部件都有唯一编码，实现产品零部件的全过程跟踪与追溯。

进一步设置为：所述数据编辑模块包括二维标准模型库和三维标准模型库，所述二维标准模型库用于搭建装配岛产线的各流程节点，所述三维标准模型库用于对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型。

相比于现有技术，本发明的有益技术效果为：

1、可以实时监控生产工况，及时发现和应对生产过程中的各种异常和不稳定性，支撑可控柔性生产、满足环保的要求；

2、产品生产全流程跟踪，关键配件编码、生产工位及人员的可视化监控及可追溯；

3、便于企业展示，通过三维数字化工厂即可进行全面的园区、车间产线、物流展示，展现企业生产实力与产能，无需担心现场参观对生产的影响以及安全风险；

4、方便进行员工培训，支持新员工快速学习整条生产线工艺流程，掌握上下游生产关系，大幅提高培训效率和效果。

综上所述，在规划阶段，通过设计、验证和优化装配岛的整体设计布局，从而动态预测汽车装配岛产线的合理性，能够通过仿真调试加快推动产品研发，实现产线规划的提质增效。在生产阶段，能够构建实时联动的三维可视化工厂，将汽车装配物理世界本身状态变为可以被感知、识别和分析的孪生空间，提升工厂数字化管控水平，进一步实现生产过程的全流程跟踪和监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明公开的用于岛式装配产线的模拟搭建方法的流程图；

图2为本发明公开的用于岛式装配产线的模拟搭建系统的结构框图；

附图标记：1、数据编辑模块；2、数据采集模块；3、数据清洗模块；4、数据存取融合模块；5、数据孪生呈现模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，用于岛式装配产线的模拟搭建方法，包括以下步骤：

S100、利用二维标准模型库搭建装配岛产线的装配工序流程节点，得到装配岛产线的流程节点图。

S200、利用三维标准模型库对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型。

步骤S200中的布局方式包括自动布局和自定义布局：

工位设备等虚拟资源适合采用自动布局，所述自动布局包括如下步骤：S211、输入人工或智能算法计算得到的以作业区域为单元的车间布局坐标值；S212、调用快速布局数学模型，实现作业区域和工位设备的坐标和姿态快速计算；S213、调用对应的虚拟模型并实例化对象，自动生成可视化布局模型。

所述自定义布局包括如下步骤：S221、选用虚拟模型中的对象；S222、进行位姿调整和属性修改；S223、得到个性化定制的布局模型。

三维标准模型库设置有虚拟模型，虚拟模型包括装配岛产线中生产系统和生产辅助系统的各类模型，具体分类如下：产品类模型、工位设备类模型、辅助设施类模型。

产品类模型：包括装配零部件和不同装配阶段的部件、半成品、成品。

工位设备类模型：装配线中的工位和设施，包括人工工位、装配设备、辅助设备、物流运输设备和仓储缓存设施。

辅助设施类模型：装配线中各类静态的设施，这类设施不直接参与装配过程，但是共同构成了整个装配环境，如厂房建筑。

S300、给搭建好的物理模型赋予数字化要素，数字化要素包括工艺流程逻辑、物流信息、运动定义信息等，进行装配岛产线信息建模、实际生产信息数字建模与过程信息建模，得到装配岛产线的孪生模型。

所述装配岛产线信息建模对生产系统和生产辅助系统进行定义，具体为：1)建模对象的物理模型的外观、大小和位置和现实产线保持一致。2)对每个建模对象定义分类、名称、规格、型号、关键技术参数等属性；3)对建模对象赋静态编码，每个建模对象的静态编码都是唯一的；4)对建模对象定义物流输入输出的设备、信息流输入输出的信息点和供电设备；5)通过所述静态编码将各个建模对象彼此关联；6)对于建模对象中的核心生产设备，定义其行为并赋行为编码，每个核心生产设备的行为编码也是唯一的，例如典型的上料机器人的行为可定义为：机械臂移动到取料位、抓取工件、移动工件到卸料位、卸料、复位等。

所述实际生产信息数字建模包括输入产线的构成、零部件组成、加工工艺数据、加工工艺装备、材料清单和工时定额等信息，为产线生产仿真分析和制造执行提供产线实体数据。

所述过程信息建模是纯数据模型，没有三维模型数据，需要以装配岛产线信息模型为数据载体，为各类仿真分析模型和制造执行系统提供基础数据。过程信息建模是对生产线的工艺流程、物流路径、资源的输入输入、信息的输入输出、运行原理等进行数据建模。例如：定义工序、工位、设备；定义工序(工位)间的物流关系；定义工序(工位)的输入输出数据；定义设备的行为；配置设备的工艺参数。

S400、对所述装配岛产线的孪生模型进行装配岛仿真推演和装配岛运行全景监测。

装配岛产线仿真推演：在生产线的设计或改造阶段，根据产品的工艺路线预先仿真推演生产线中工位、设备、物料缓存、仓库等设施的种类、位置、数量或容量，从而设计、验证和优化装配岛的整体设计。

装配岛运行全景监测：通过当前生产计划推演人员、机具、车辆、材料投入，流程进度、异常情况(异常阻塞定位、异常原因、异常影响范围)，实现预设的生产作业方案在车架上线、发动机上线、轮胎上线、驾驶室上线等全过程自动化全景可视，支持现场与推演平台的交互，任何用户均可在同景感知的前提下自由交互，在孪生实景下实现虚实互动。

本实施例的有益效果为：

1、可以实时监控生产工况，及时发现和应对生产过程中的各种异常和不稳定性，支撑可控柔性生产、满足环保的要求；

2、可以实现产品生产的全流程跟踪，关键配件编码、生产工位及人员的可视化监控及可追溯。

实施例2

参照图2，为本发明公开的用于岛式装配产线的模拟搭建系统，用于实现实施例1所述的方法，所述模拟搭建系统包括数据编辑模块1、数据采集模块2、数据清洗模块3、数据存取融合模块4、数据孪生呈现模块5，数据采集模2块和数据清洗模块3相连接，数据编辑模块1、数据清洗模块3与数据存取融合模块4相连接，数据存取融合模块4和数据孪生呈现模块5相连接。

所述数据编辑模块1通过导入产线、产品CAD工程模型，进行编辑配置，用于产线输送设备与生产设备的拼装，并对产品生产过程各阶段毛坯件到成品的挂载，赋予数字化要素后得到装配岛产线的孪生模型。

数据编辑模块1包括二维标准模型库、三维标准模型库，二维标准模型库设置有标准化的二维导航图，用于搭建装配岛产线的各流程节点，针对不同角色产出不同维度的流程业务信息，针对不同节点要求进行加工,针对不同层级提供不同呈现维度的信息。二维流程图能够提升沟通效率，相比三维场景原型，二维流程图能够缩短信息在处理过程中的延迟，提高信息同步时的效率。三维标准模型库用于对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型。

所述数据采集模块2用于从现实产线采集生产管理系统、生产设备、过点识别设备以及实时视频监控的数据，得到产线实施状态数据。需要说明的是，所述生产管理系统包括但不限于ERP(Enterprise Resource Planning，企业资源计划系统)、SCM(Supply ChainManagement，供应链管理系统)、MES(manufacturing execution system，制造执行系统)、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)、ANDON(专门为汽车装配线设计的综合性信息管理和控制系统)等系统，采集的过点识别设备数据指的是是通过激光探针、图像识别设备得到的车辆过点信息。

所述数据清洗模块3用于将所述产线实施状态数据进行数据清洗，实现数据的唯一性、一致性、合法性与轻量化，得到可视驱动数据。

所述数据存取融合模块4用于对所述可视驱动数据与装配岛产线的孪生模型进行匹配融合，从而实现真实产线数据与虚拟产线数据的映射。

所述数据孪生呈现模块5用于实现每个生产输送设备通过实时指令驱动其孪生模型与现实产线完全同步地进行生产，每个挂载的产品零部件都有唯一编码，实现产品零部件的全过程跟踪与追溯。

本系统的工作原理同实施例1，在此不作赘述。通过数据孪生呈现模块，方便企业进行展示，通过三维数字化工厂即可进行全面的园区、车间产线、物流展示，展现企业生产实力与产能，无需担心现场参观对生产的影响以及安全风险。同时也适合进行员工培训，支持新员工快速学习整条生产线工艺流程，掌握上下游生产关系，大幅提高培训效率和效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、利用二维标准模型库搭建装配岛产线的装配工序流程节点，得到装配岛产线的流程节点图；

S200、利用三维标准模型库对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型；

S300、给搭建好的物理模型赋予数字化要素，进行装配岛产线信息建模、实际生产信息数字建模与过程信息建模，得到装配岛产线的孪生模型；

S400、对所述装配岛产线的孪生模型进行装配岛仿真推演和装配岛运行全景监测。

2.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述三维标准模型库设置有虚拟模型，虚拟模型包括产品类模型、工位设备类模型、辅助设施类模型。

3.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，步骤S200中的布局方式包括自动布局和自定义布局，其中所述自动布局包括如下步骤：

S211、输入人工或智能算法计算得到的以作业区域为单元的车间布局坐标值；

S212、调用快速布局数学模型，实现作业区域和工位设备的坐标和姿态快速计算；

S213、调用对应的虚拟模型并实例化对象，自动生成可视化布局模型。

4.根据权利要求3所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述自定义布局包括如下步骤：

S221、选用虚拟模型中的对象；

S222、进行位姿调整和属性修改；

S223、得到个性化定制的布局模型。

5.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述装配岛产线信息建模具体包括：1)定义建模对象的外观、大小和位置，和现实产线保持一致。2)对每个建模对象定义分类、名称、规格、型号、关键技术参数等属性；3)对建模对象赋静态编码，每个建模对象的静态编码都是唯一的；4)对建模对象定义物流输入输出的设备、信息流输入输出的信息点和供电设备；5)通过所述静态编码将各个建模对象彼此关联；6)对于建模对象中的核心生产设备，定义其行为并赋行为编码，每个核心生产设备的行为编码也是唯一的。

6.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述实际生产信息数字建模包括输入产线的构成、零部件组成、加工工艺数据、加工工艺装备、材料清单和工时定额，为产线生产仿真分析和制造执行提供产线实体数据。

7.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述装配岛产线仿真推演：在生产线的设计或改造阶段，根据产品的工艺路线预先仿真推演生产线中工位、设备、物料缓存、仓库等设施的种类、位置、数量或容量，从而设计、验证和优化装配岛的整体设计。

8.根据权利要求1所述的用于岛式装配产线的模拟搭建方法，其特征在于，所述装配岛运行全景监测：通过当前生产计划推演人员、机具、车辆、材料投入，实现预设的生产作业方案在车架上线、发动机上线、轮胎上线、驾驶室上线等全过程自动化全景可视，支持现场与推演平台的交互，任何用户均能够在同景感知的前提下自由交互，在孪生实景下实现虚实互动。

9.用于岛式装配产线的模拟搭建系统，用于实现权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，包括数据编辑模块(1)、数据采集模块(2)、数据清洗模块(3)、数据存取融合模块(4)、数据孪生呈现模块(5)，所述数据采集模块(2)和数据清洗模块(3)相连接，所述数据编辑模块(1)、数据清洗模块(3)与所述数据存取融合模块(4)相连接，所述数据存取融合模块(4)和数据孪生呈现模块(5)相连接；

所述数据编辑模块(1)用于产线输送设备与生产设备的拼装，并对产品生产过程各阶段毛坯件到成品的挂载，赋予数字化要素后得到装配岛产线的孪生模型；

所述数据采集模块(2)用于从现实产线采集生产管理系统、生产设备、过点识别设备以及实时视频监控的数据，得到产线实施状态数据；

所述数据清洗模块(3)用于将所述产线实施状态数据进行数据清洗，得到可视驱动数据；

所述数据存取融合模块(4)用于对所述可视驱动数据与装配岛产线的孪生模型进行匹配融合，从而实现真实产线数据与虚拟产线数据的映射；

所述数据孪生呈现模块(5)用于实现每个生产输送设备通过实时指令驱动其孪生模型与现实产线完全同步地进行生产，每个挂载的产品零部件都有唯一编码，实现产品零部件的全过程跟踪与追溯。

10.根据权利要求9所述的用于岛式装配产线的模拟搭建系统，其特征在于，所述数据编辑模块(1)包括二维标准模型库和三维标准模型库，所述二维标准模型库用于搭建装配岛产线的各流程节点，所述三维标准模型库用于对所述装配岛产线的流程节点图进行布局，得到装配岛产线的物理模型。

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