一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及系统，该方法中通过基于数字孪生的智能制造工厂平台，实现了产品的数字模型与现场设备实时协同。产品制造商/产品使用者在控制中心的产品数字模型上，可以实时掌握产品的使用状态，对产品/设备进行远程监控和故障诊断，进而实现预测性维护，避免设备非计划性停机，同时将产品的运行数据反馈到产品数字模型中，帮助制造企业不断优化改进产品，同时为智能制造提供基础数据。

A Method and Method of Virtual Debugging and Virtual Monitoring for Intelligent Manufacturing Plant Based on Digital Twin

The invention discloses a method and system for virtual debugging and virtual monitoring of an intelligent manufacturing plant based on digital twin, in which a real-time collaboration between product digital model and field equipment is realized through an intelligent manufacturing plant platform based on digital twin. On the product digital model of the control center, the product manufacturer/product user can grasp the use status of the product in real time, monitor and diagnose the product/equipment remotely, and then realize predictive maintenance, avoid unplanned outage of the equipment. At the same time, the operation data of the product can be fed back to the product digital model to help. Manufacturing enterprises continue to optimize and improve products, while providing basic data for intelligent manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及方法
本专利技术涉及智能制造解决方案、企业数字化改造、数字孪生和智能化监控
，尤其涉及一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及系统。
技术介绍
数字孪生是以数字化方式拷贝一个物理对象，模拟对象在现实环境中的行为，从而实现从产品设计直到制造执行的全过程数字化，创建一条数字线程，关联期间所有步骤。。目前对工厂车间内设备的工作进行智能化的管理和控制通过结合互联网技术、云技术和数字孪生技术以及VR技术对工厂内的生产设备状态进行实时监控从而实现虚拟场景远程监控的目的。现有技术中在制造工厂中我们首先为实体设备建立一个一对一映射的数字模型，实体设备与数字模型能够实时通讯，及时地掌握彼此的动态变化并实时地做出响应，实体设备的运行状态会如实的体现在数字模型中，通过数字模型能掌握实体设备的运行状态，包括运行参数、故障信息、质量信息等。同时，通过控制数字模型可以控制实体设备的运行。然而现有技术中基于web方式对设备的工艺流程进行虚拟调试和工作状况监控时会出现数据连通过程中中断现象，造成数字模型与实体设备的脱离式运行，不能良好的监管工厂车间内实体设备的工作状态。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及系统，其中方法包括以下步骤：S1：在三维软件中建立工厂车间内多种实体设备的三维模型；S2：将三维模型导入数字孪生系统中并对三维模型进行优化，同时将实体设备的设计参数信息和生产过程参数信息输入孪生系统中，确认实体设备进行的各项操作和每项任务所需要的时间，在孪生系统中创建了一个包含所有生产过程细节的孪生的数字模型；其中该数字模型在工作状态下模拟实体设备在现实环境中的加工过程；S3：基于WEB方式对实体设备进行数字孪生控制，该控制过程包括实体设备驱动数字模型使其与实体设备进行协同运动，数字模型驱动实体设备使其与数字模型进行协同运动，采用调试器驱动数字模型和实体设备使二者实时进行协同运动实现数字孪生对实体设备远程监控的过程。S2中将三维虚拟模型导入数字孪生系统后，对三维虚拟模型进行优化选择，保留原模型中参与工艺运动的机构、去除不参与工艺运动的辅助部件，同时对三维虚拟模型添加颜色，区分三维虚拟模型各个结构和运动轨迹。进一步的，实体设备驱动数字模型过程中：采用设备通讯服务器将实体设备的PLC中运动信息转换成对数字模型的驱动信号，通过云数据路由器发送到客户端的孪生系统中，驱动数字模型与实体设备进行同步运动。进一步的，数字模型驱动实体设备过程中：数字模型将对控制设备动作的信号通过云数据路由器传送至生产现场的设备通讯服务器中使其转换成设备驱动信号，经过PLC驱动实体设备的动作并将实体设备的动作信号由PLC发送回设备通讯服务器，设备通讯服务器将动作信号转换成数字模型的驱动信号，通过云数据路由器驱动数字模型与实体设备进行同步运动。进一步的，采用调试器驱动数字模型和实体设备使二者实时进行协同运动的过程中：采用设置在客户端上的虚拟调试器发出对实体设备的控制信号，经云数据路由器、设备通讯服务器、设备PLC驱动实体设备和数字模型进行协同运动，同时将实体设备的动作信号经设备PLC、设备通讯服务器、云数据路由器送到数字模型中，驱动数字模型与实体设备进行协同运动。进一步的，所述基于WEB方式对实体设备进行数字孪生控制中当生产过程和产品设计发生改变时采用对数字模型进行制造仿真以及调试，同时对整个设计进行相应更新。进一步的，所述设备通讯服务器与不同规格的通讯设备进行数据纵向、横向无缝通讯。一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控系统，包括：模型构建模块：在三维建模软件中用于将工厂车间内多种实体设备构建成三维模型，并对三维模型进行优化；数字孪生系统构建模块：将实体设备与三维模型建立一对一的孪生映射关系，将三维模型导入构建的数字孪生系统中，将实体设备的运行状态映射到对应的孪生模型上，构建实体设备与数字模型的实时协同的孪生关系，通过孪生模型实时展示实体设备的运行状态，同时通过控制数字孪生模型来控制实体设备；虚拟设备调试模块：通过将实体设备的工艺工步和节拍信息加载到数字孪生系统中，创建了实体设备的数字模型，在数字模型上模拟实体设备的工艺流程，查看设备工艺流程的每一个步骤，利用孪生系统和虚拟调试器改变实体设备的工艺流程或工步节拍对工步进行调整和优化；远程监控模块：与虚拟设备调试模块实时建立数据通信，将实体设备的状态数据通过通讯服务器载入孪生的数字模型中使数字模型与实体设备同步运动，通过查看工厂设备的数字模型的工况信息从而远程监控车间的生产状态。所述数字孪生系统构建模块在工作状态下采用如下方式：SM：将实体设备的运行状态映射到对应的数字模型上：设备通讯服务器读取设备PLC中的设备动作信号，转换成能驱动孪生模型运动的驱动信号，通过云数据路由器发送到客户端的孪生系统中，驱动孪生模型做出与设备相同的动作达到孪生模型与设备的实时协同；SN：采用孪生模型控制实体设备的动作：孪生模型将控制设备动作的控制信号通过云数据路由器发送到生产现场的设备通讯服务器中转换成能驱动设备动作的信号，经过PLC驱动设备作出与模型一样的动作，同时完成SM描述的动作，即用设备动作信息驱动模型运动,完成用孪生模型远程控制设备的过程。所述虚拟设备调试模块在工作状态下采用如下方式：S0：通过数字模型作虚拟调试；通过改变数字模型的工艺流程或工步节拍，虚拟调试模型运动状态，虚拟优化工艺流程和工步节拍，将优化后的工艺流程和工步节拍发送到移动终端的虚拟调试器作为远程调试实体设备的依据；SP：通过移动终端上的虚拟调试器，改变实体设备的工艺流程或节拍，验证工艺流程和工步节拍；SQ：对实体设备的调试同步反映在数字孪生中。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及系统，该方法中通过基于数字孪生的智能制造工厂平台，实现了产品的数字模型与现场设备实时协同。产品制造商/产品使用者在控制中心的产品数字模型上，可以实时掌握产品的使用状态，对产品/设备进行远程监控和故障诊断，进而实现预测性维护，避免设备非计划性停机，同时将产品的运行数据反馈到产品数字模型中，帮助制造企业不断优化改进产品，同时为智能制造提供基础数据。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本专利技术基于数字孪生的智能制造工厂监控方法的流程图；图2为本专利技术基于数字孪生的智能制造工厂监控方法的流程图；图3为本专利技术基于数字孪生的智能制造工厂监控方法的流程图；图4为本专利技术基于数字孪生的智能制造工厂监控系统的结构图；图5为本专利技术基于数字孪生的智能制造工厂监控系统的工作示意图；图6为基于数字孪生的智能制造工厂监控系统的工作示意图；图7为基于数字孪生的智能制造工厂监控系统的工作示意图；图8为基于数字孪生的智能制造工厂监控系统的工作示意图；图9为基于数字孪生的智能制造工厂监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法,其特征在于包括以下步骤：S1：在三维软件中建立工厂车间内多种实体设备的三维模型；S2：将三维模型导入数字孪生系统中并对三维模型进行优化，同时将实体设备的设计参数信息和生产过程参数信息输入孪生系统中，确认实体设备进行的各项操作和每项任务所需要的时间，在孪生系统中创建了一个包含所有生产过程细节的孪生的数字模型；其中该数字模型在工作状态下模拟实体设备在现实环境中的加工过程；S3：基于WEB方式对实体设备进行数字孪生控制，该控制过程包括实体设备驱动数字模型使其与实体设备进行协同运动，数字模型驱动实体设备使其与数字模型进行协同运动，采用调试器驱动数字模型和实体设备使二者实时进行协同运动实现数字孪生对实体设备远程监控的过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法,其特征在于包括以下步骤：S1：在三维软件中建立工厂车间内多种实体设备的三维模型；S2：将三维模型导入数字孪生系统中并对三维模型进行优化，同时将实体设备的设计参数信息和生产过程参数信息输入孪生系统中，确认实体设备进行的各项操作和每项任务所需要的时间，在孪生系统中创建了一个包含所有生产过程细节的孪生的数字模型；其中该数字模型在工作状态下模拟实体设备在现实环境中的加工过程；S3：基于WEB方式对实体设备进行数字孪生控制，该控制过程包括实体设备驱动数字模型使其与实体设备进行协同运动，数字模型驱动实体设备使其与数字模型进行协同运动，采用调试器驱动数字模型和实体设备使二者实时进行协同运动实现数字孪生对实体设备远程监控的过程。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法，其特征还在于：S2中将三维虚拟模型导入数字孪生系统后，对三维虚拟模型进行优化选择，保留原模型中参与工艺运动的机构、去除不参与工艺运动的辅助部件，同时对三维虚拟模型添加颜色，区分三维虚拟模型各个结构和运动轨迹。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法，其特征还在于：实体设备驱动数字模型过程中：采用设备通讯服务器将实体设备的PLC中运动信息转换成对数字模型的驱动信号，通过云数据路由器发送到客户端的孪生系统中，驱动数字模型与实体设备进行同步运动。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法，其特征还在于：数字模型驱动实体设备过程中：数字模型将对控制设备动作的信号通过云数据路由器传送至生产现场的设备通讯服务器中使其转换成设备驱动信号，经过PLC驱动实体设备的动作并将实体设备的动作信号由PLC发送回设备通讯服务器，设备通讯服务器将动作信号转换成数字模型的驱动信号，通过云数据路由器驱动数字模型与实体设备进行同步运动。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法，其特征还在于：采用调试器驱动数字模型和实体设备使二者实时进行协同运动的过程中：采用设置在客户端上的虚拟调试器发出对实体设备的控制信号，经云数据路由器、设备通讯服务器、设备PLC驱动实体设备和数字模型进行协同运动，同时将实体设备的动作信号经设备PLC、设备通讯服务器、云数据路由器送到数字模型中，驱动数字模型与实体设备进行协同运动。6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法，其特征还在于：所述基于WEB方式对实体设备进行数字孪生控制中当生产过程和产品设计发生改变时采用对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德权，
申请(专利权)人：王德权，
类型：发明
国别省市：辽宁,21