基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法技术

技术编号:20587616 阅读:19 留言:0更新日期:2019-03-16 06:45
一种基于数字孪生的两轴X‑Y皮革制品裁割机控制方法,包括以下步骤:1)建立两轴X‑Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型,包括物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接;2)建立物理实体,搭建所述两轴X‑Y皮革制品裁割机运动控制平台,物理实体分为嵌入式本地控制器和控制对象两个部分,控制对象为二相混合式步进电机;3)建立虚拟软件,与物理实体之间进行一对一的虚实对应;4)建立管理系统,远程Web用户能够随时登录,查看生产方案,优化系统配置;5)孪生数据的分析和处理。本发明专利技术可对产品进行全生命周期的设计、制造和服务,提高系统运营效率,最大化提高生产效益和资产可用性。

Control Method of Two-Axis X-Y Leather Cutting Machine Based on Digital Twin

A control method of two-axis X_Y leather product cutting machine based on digital twin is proposed, which includes the following steps: 1) establishing five-dimensional structure model of digital twin system of two-axis X_Y leather product cutting machine, including physical entity, virtual software, management system, twin data and connection; 2) establishing physical entity, building the motion control platform of the two-axis X_Y leather product cutting machine, physical reality. The system is divided into two parts: embedded local controller and control object. The control object is a two-phase hybrid stepping motor. 3) Virtual software is established to correspond with physical entities one-to-one. 4) Management system is established to enable remote Web users to log in at any time, view production schemes and optimize system configuration. 5) Analysis and processing of twin data. The invention can design, manufacture and service the product throughout its life cycle, improve the operation efficiency of the system, maximize the production benefit and asset availability.

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法
本专利技术属于工业设备自动化
,涉及基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法。
技术介绍
两化融合,具体是指工业化和信息化的深度融合。当前我国工业生产任务十分繁重,每年因污染带来的经济损失达到GDP的6%,单位GDP能耗达世界均值的2.5倍,劳动生产率却仅为美、日、德等发达国家的1/8。2013年,德国提出了“工业4.0”,其核心技术是CPS,译为信息物理融合系统。2017年3月,工信部发布了《信息物理系统白皮书》,指出CPS是支撑两化深度融合的综合技术体系,是推动制造业与互联网融合发展的重要抓手。CPS将人、机、物互联,将实体与虚拟对象双向连接,以虚控实、虚实融合,以提高制造业能效。CPS内涵中的虚实双向动态连接有两个步骤:1.虚拟的实体化,如设计一件产品时,首先进行模拟和仿真,然后制造出来;2.实体的虚拟化,即实体在制造、使用、运行的过程中,将状态反映到虚拟端,通过虚拟方式监控、判断、分析、预测和优化,实现产品全生命周期的管理。数字孪生(DigitalTwin),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、高保真度等特性,能够实现物理世界与信息世界交互融合、相互促进的技术手段。因此,要达到工业自动化领域真正意义上的两化融合,需要灵活运用数字孪生技术在工业设备上的具体实现。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法,包含数字孪生系统的五维结构模型:物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接,以及该五维结构模型的具体形式,可对产品进行全生命周期的设计、制造和服务,提高系统运营效率,最大化提高生产效益和资产可用性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法,包括以下步骤:1)建立两轴X-Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型,包括物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接,物理实体是客观存在的裁割机运动平台,光电编码器安装在和电机同轴的平台上,实时监测各轴物理状态;虚拟软件是物理实体的忠实镜像,按照裁割机平台的组成内容、运行模式、数据规律进行的服务器端数字化实现,具有仿真、预测、执行和控制功能;管理系统开放远程Web用户登录功能,能够实时查看生产方案,优化系统配置;孪生数据包括物理实体、虚拟软件、管理系统中的相关数据,随着皮革制品的加工,大量数据不断被记录、更新和优化;连接将以上子模块两两连接,实现相互之间有效的数据通信;2)建立物理实体,搭建所述两轴X-Y皮革制品裁割机运动控制平台,物理实体分为嵌入式本地控制器和控制对象两个部分,控制对象为二相混合式步进电机;3)建立虚拟软件,与物理实体之间进行一对一的虚实对应,所述虚拟软件使用C++编程语言,采用MFC框架和TeeChart技术,通过QtCreator轻量级集成开发环境(IDE)在Windows10上进行开发,软件界面设计按照模块分类,包含网络通讯、仿真运行、工艺配置、数据监控和设备控制五个功能区域;所述虚拟软件的功能为:两轴X-Y皮革制品裁割机运动平台开始加工之前,对产品生产过程进行模拟;根据模拟仿真选择最优生产方案,选定模块和工艺;生产过程中对物理实体的状态进行监控、判断和分析;根据数据对生产过程进行优化控制;4)建立管理系统,远程Web用户能够随时登录,查看生产方案,优化系统配置;所述管理系统采用Browser/Server模式,后端用PHP和Mysql,按照MVC规范进行开发,实现用户登录、权限判定、信息管理、历史信息库及视图控制模块功能;用户可以通过本系统的账号和密码在PC端或手机移动端登录系统,进行信息填写、核对、数据下载和生产配置操作,管理员在后台发布内容、定制用户组及其权限、设置模块和进行数据备份的导入导出操作;5)孪生数据的分析和处理,所述孪生数据包含工艺规划数据和实际生产大数据,工艺规划面对两轴X-Y裁割机物理实体,通过高拟实度的服务器端虚拟软件,进行全要素、全流程的虚实映射和交互融合,实现面向生产现场的工艺设计与持续优化;实际生产数据在所述数字孪生系统运行的过程中实时被记录,并与期望工艺之间进行工艺达成度匹配,数据保存在服务器端。本专利技术的技术构思为:系统运行过程中,服务器客户端首先解析刀具运行轨迹,模拟皮革制品加工过程,确定最优运动参数;然后以数据包的形式发送给嵌入式本地控制器;本地控制器实时采集X、Y轴步进电机当前的速度、力矩、位置等状态信息,返回给服务器客户端进行监控、保存和分析。系统对皮革制品的加工过程进行记录,一旦加工数据出现误差,通过工业控制算法进一步控制刀具的运行。远程Web用户可通过Internet网络登录服务器客户端,查询裁割机平台运行过程中的全部数据和物理状态,配置和选择最优生产方案。本专利技术的有益效果主要表现在:第一,在产品加工前期,能在服务器虚拟软件端以数字的思维和形式进行工艺规划和过程仿真,识别产品设计是否存在缺陷,预测产品的成品质量。第二,在实际生产过程中,能够实时记录物理实体状态,优化产品全生命周期的设计、制造和服务,提高系统运营效率,降低宕机带来的风险,最大化提高生产效益和资产可用性。附图说明图1为两轴X-Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型。图2为两轴X-Y皮革制品裁割机管理系统程序流程图。图3为孪生数据和连接关系图。具体实施方案下面结合附图以及具体实例对本专利技术作进一步描述。参照图1~图3,一种基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法,包括以下步骤:1)建立两轴X-Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型,包括物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接,物理实体是客观存在的裁割机运动平台,光电编码器安装在和电机同轴的平台上,实时监测各轴物理状态;虚拟软件是物理实体的忠实镜像,按照裁割机平台的组成内容、运行模式、数据规律进行的服务器端数字化实现,具有仿真、预测、执行和控制功能;管理系统开放远程Web用户登录功能,能够实时查看生产方案,优化系统配置;孪生数据包括物理实体、虚拟软件、管理系统中的相关数据,随着皮革制品的加工,大量数据不断被记录、更新和优化;连接将以上子模块两两连接,实现相互之间有效的数据通信;2)建立物理实体,搭建所述两轴X-Y皮革制品裁割机运动控制平台,物理实体分为嵌入式本地控制器和控制对象两个部分,控制对象为二相混合式步进电机;3)建立虚拟软件,与物理实体之间进行一对一的虚实对应,所述虚拟软件使用C++编程语言,采用MFC框架和TeeChart技术,通过QtCreator轻量级集成开发环境(IDE)在Windows10上进行开发,软件界面设计按照模块分类,包含网络通讯、仿真运行、工艺配置、数据监控和设备控制五个功能区域;所述虚拟软件的功能为:两轴X-Y皮革制品裁割机运动平台开始加工之前,对产品生产过程进行模拟;根据模拟仿真选择最优生产方案,选定模块和工艺;生产过程中对物理实体的状态进行监控、判断和分析;根据数据对生产过程进行优化控制;4)建立管理系统,远程Web用户能够随时登录,查看生产方案,优化系统配置;所述管理系统采用Browser/Server模式,后端用PHP和Mysql,按照M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的两轴X‑Y皮革制品裁割机控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)建立两轴X‑Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型,包括物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接,物理实体是客观存在的裁割机运动平台,光电编码器安装在和电机同轴的平台上,实时监测各轴物理状态;虚拟软件是物理实体的忠实镜像,按照裁割机平台的组成内容、运行模式、数据规律进行的服务器端数字化实现,具有仿真、预测、执行和控制功能;管理系统开放远程Web用户登录功能,能够实时查看生产方案,优化系统配置;孪生数据包括物理实体、虚拟软件、管理系统中的相关数据,随着皮革制品的加工,大量数据不断被记录、更新和优化;连接将以上子模块两两连接,实现相互之间有效的数据通信;2)建立物理实体,搭建所述两轴X‑Y皮革制品裁割机运动控制平台,物理实体分为嵌入式本地控制器和控制对象两个部分,控制对象为二相混合式步进电机;3)建立虚拟软件,与物理实体之间进行一对一的虚实对应,所述虚拟软件使用C++编程语言,采用MFC框架和Tee Chart技术,通过Qt Creator轻量级集成开发环境(IDE)在Windows 10上进行开发,软件界面设计按照模块分类,包含网络通讯、仿真运行、工艺配置、数据监控和设备控制五个功能区域;所述虚拟软件的功能为:两轴X‑Y皮革制品裁割机运动平台开始加工之前,对产品生产过程进行模拟;根据模拟仿真选择最优生产方案,选定模块和工艺;生产过程中对物理实体的状态进行监控、判断和分析;根据数据对生产过程进行优化控制;4)建立管理系统,远程Web用户能够随时登录,查看生产方案,优化系统配置;所述管理系统采用Browser/Server模式,后端用PHP和Mysql,按照MVC规范进行开发,实现用户登录、权限判定、信息管理、历史信息库及视图控制模块功能;用户可以通过本系统的账号和密码在PC端或手机移动端登录系统,进行信息填写、核对、数据下载和生产配置操作,管理员在后台发布内容、定制用户组及其权限、设置模块和进行数据备份的导入导出操作;5)孪生数据的分析和处理,所述孪生数据包含工艺规划数据和实际生产大数据,工艺规划面对两轴X‑Y裁割机物理实体,通过高拟实度的服务器端虚拟软件,进行全要素、全流程的虚实映射和交互融合,实现面向生产现场的工艺设计与持续优化;实际生产数据在所述数字孪生系统运行的过程中实时被记录,并与期望工艺之间进行工艺达成度匹配,数据保存在服务器端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的两轴X-Y皮革制品裁割机控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)建立两轴X-Y皮革制品裁割机数字孪生系统的五维结构模型,包括物理实体、虚拟软件、管理系统、孪生数据和连接,物理实体是客观存在的裁割机运动平台,光电编码器安装在和电机同轴的平台上,实时监测各轴物理状态;虚拟软件是物理实体的忠实镜像,按照裁割机平台的组成内容、运行模式、数据规律进行的服务器端数字化实现,具有仿真、预测、执行和控制功能;管理系统开放远程Web用户登录功能,能够实时查看生产方案,优化系统配置;孪生数据包括物理实体、虚拟软件、管理系统中的相关数据,随着皮革制品的加工,大量数据不断被记录、更新和优化;连接将以上子模块两两连接,实现相互之间有效的数据通信;2)建立物理实体,搭建所述两轴X-Y皮革制品裁割机运动控制平台,物理实体分为嵌入式本地控制器和控制对象两个部分,控制对象为二相混合式步进电机;3)建立虚拟软件,与物理实体之间进行一对一的虚实对应,所述虚拟软件使用C++编程语言,采用MFC框架和TeeChart技术,通过QtCreator轻量级集成开发环境(IDE)在Windows10上进行开发,软件界面设计按照模块分类,包...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨舒捷郑航王佳乐王森森沈华明
申请(专利权)人:浙江科技学院
类型:发明
国别省市:浙江,33

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