一种船厂生产车间数字孪生仿真系统技术方案

本发明专利技术公开一种船厂生产车间数字孪生仿真系统，其特点是通讯模块将接收的指令经指令识别模块分别接入三维设备显示模块和工件模块进行加工过程的展示，并由监测模块对其加工状态进行监测，并由通讯模块将监测的状态发送至控制模块进行下步指令的决策，实现完整加工过程的展示与验证。本发明专利技术与现有技术相比具有预先对自动控制逻辑的验证，及其控制加工过程的状态效果展示，可以最经济、便捷的方式对控制逻辑进行调试、验证，尤其适合机械加工生产过程中的自动化控制，降低制造成本，发挥最大的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种船厂生产车间数字孪生仿真系统
本专利技术涉及工业自动控制
，尤其涉及一种船厂生产车间数字孪生仿真系统。
技术介绍
目前，机械加工生产过程对自动化控制水平要求越来越高，自动控制逻辑作为自动控制系统的核心，正确与否直接关系生产加工过程与质量。传统的图表方式尽管可以表现出控制逻辑之间的关系，但存在着不直观、不灵活以及交互性差等问题，加载到自动控制系统与现实生产设备联调联试，不仅影响设备的正常生产，还有可能造成设备的不必要损失。因此，能够预先对自动控制逻辑的验证及其控制加工过程的状态效果展示，满足自动控制系统的验证、展示及交互需求，是自动控制领域发展中的不可或缺的重点研究内容。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而设计的一种船厂生产车间数字孪生仿真系统，采用自动控制设备与虚拟设备联调联试的系统采用闭环控制方式，构建由状态数据监测与控制以及虚拟平台组成的数字孪生系统，使虚拟设备平台通过接收自动控制设备指令，驱动虚拟设备及工件模块进行加工过程展示，监测模块对加工数据进行采集，并反馈至控制处理模块及SCADA，实现加工过程的连续控制，将控制、生产过程精准、直观的展现出来，能够预先对自动控制逻辑的验证，及其控制加工过程的状态效果展示，满足自动控制系统的验证、展示及交互需求，可以最经济、便捷的方式对控制逻辑进行调试、验证，结构简单，使用方便，尤其适合机械加工生产过程中的自动化控制，降低制造成本，发挥最大的经济效益。本专利技术的目的是这样实现的：一种船厂生产车间数字孪生仿真系统，其特点是采用数据监测与控制与虚拟设备平台构建的数字孪生仿真系统，使虚拟设备平台通过接收数据监测与控制的自动控制设备指令，驱动虚拟设备进行加工过程的状态效果展示，以满足自动控制系统的验证、展示及交互，所述数据监测与控制由SCADA模块和控制模块组成；所述虚拟设备平台由通讯模块、指令识别模块、三维设备显示模块、工件模块和监测模块组成；所述SCADA模块将采集的工件及设备数据经控制模块输出自动控制设备指令；所述虚拟设备平台由通讯模块采用网络接收控制模块的自动控制设备指令；所述通讯模块将接收的指令经指令识别模块分别接入三维设备显示模块和工件模块进行加工过程的展示，并由监测模块对其加工状态进行监测；所述监测模块由通讯模块将监测的状态发送至控制模块进行下步指令的决策，实现完整加工过程的展示与验证。所述三维设备显示模块和工件模块具有物理引擎驱动，构建工件及设备的受力、质量、速度和加速度的物理属性。所述三维设备显示模块根据现实设备构建相应的运动关节，并可根据自动控制设备指令实现各关节的运动控制。所述工件模块根据现实工件构建，并与三维设备显示模块的加工过程配合，实现工件的切割、拆解、整合和碰撞检测的工艺过程展示。本专利技术与现有技术相比具有预先对自动控制逻辑的验证，及其控制加工过程的状态效果展示，可以最经济、便捷的方式对控制逻辑进行调试、验证，结构简单，使用方便，尤其适合机械加工生产过程中的自动化控制，降低制造成本，发挥最大的经济效益。附图说明图1为本专利技术结构示意图。具体实施方式参阅附图1，本专利技术由SCADA模块1、控制模块2、通讯模块3、指令识别模块4、三维设备显示模块5、工件模块6、监测模块7组成，其中SCADA模块1与控制模块2构成数据监测与控制8；控制模块2、通讯模块3、指令识别模块4、三维设备显示模块5、工件模块6和监测模块7构成虚拟平台9，数据监测与控制8与虚拟设备平台9之间采用采用串口、DP、工业以太网等网络方式进行连接。所述虚拟设备平台9根据接收数据监测与控制8的状态数据及控制指令，通过带有物理引擎的三维设备显示模块5与工件模块6进行加工展示，并由监测模块7对加工过程数据进行状态进行监测，其采集的监测信息经通讯模块3传递给控制模块2进行下步指令的决策，实现完整加工过程的展示与验证。所述SCADA模块1为西门子WINCC等组态软件；所述控制模块2为PLC以及西门子WINAC等设备。本专利技术是这样构建和运用的：将数据监测与控制8采集的测试目标原型及设备加工数据构建状态数据的监测与控制，在SCADA模块1和控制模块2中设置相应的控制点及数据采集点，并建立对应的映射关系及相应层级的控制逻辑，并由SCADA模块1进行总体的逻辑控制、关键参数显示、异常数据报警等功能，以及控制模块2进行具体设备的信息采集及加工过程控制。所述通讯模块3是数据监测与控制8与虚拟设备平台9的连接纽带，通过网络协议接收数据监测与控制8发出的状态数据监测与控制信号，并传递至指令识别模块4，同时接收监测模块7发送的监测信息，通过网络协议发送至数据监测与控制8；所述指令识别模块4接收通讯模块3所发送的指令信息字符串，并对字符串进行解析，分解成“设备名称+指令”形式发送至对应的三维设备显示模块5及工件模块6；所述工件模块6由各类预置的工件组件模型及对应功能插件构成，用于配合三维设备显示模块5进行生产加工过程展示，接收物理检测、碰撞，根据工件的工艺及加工过程，实现工件在生产线上的切割、分解、装配、组合等功能；所述三维设备显示模块5依据测试目标建立的三维模型，并设置相应的运动节点及物理属性，包括各运动节点的最大最小限制值、加速度等属性信息，同时设定与实际设备相对应的控制量，用于虚拟设备的控制，当接收到指令识别模块4所发送的指令后，通过物理引擎驱动相应关节进行运动，与工件进行交互,展现加工过程；所述监测模块7采用射线直接读取三维设备显示模块5节点信息等方式采集虚拟设备及工件的状态信息，以“监测对象+监测信息”的形式，将监测信息字符串发送至通讯处理模块3。本专利技术工作过程为：当SCADA模块1S发出开始加工的指令后，控制模块2首先进行指令传递，经通讯模块3、指令识别模块4处理后，工件模块6首先响应，生成加工源头所必须的生产原料，然后监测模块7进行持续的状态采集，把原料信息经通讯模块3传至数据监测与控制8处理，数据监测与控制8根据预先设定的控制逻辑及监测数据，控制相应的设备进行加工，期间监测模块7再进行不断的监测，并将监测信息通过通讯模块3传回数据监测与控制8，从而实现连续的控制加工过程。以上只是对本专利技术作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本专利技术等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船厂生产车间数字孪生仿真系统，其特征在于采用数据监测与控制与虚拟设备平台构建的数字孪生仿真系统， 使虚拟设备平台通过接收数据监测与控制的自动控制设备指令，驱动虚拟设备进行加工过程的状态效果展示，以满足自动控制系统的验证、展示及交互，所述数据监测与控制由SCADA模块和控制模块组成；所述虚拟设备平台由通讯模块、指令识别模块、三维设备显示模块、工件模块和监测模块组成；所述SCADA模块将采集的工件及设备数据经控制模块输出自动控制设备指令；所述虚拟设备平台由通讯模块采用网络接收控制模块的自动控制设备指令；所述通讯模块将接收的指令经指令识别模块分别接入三维设备显示模块和工件模块进行加工过程的展示，并由监测模块对其加工状态进行监测；所述监测模块由通讯模块将监测的状态发送至控制模块进行下步指令的决策，实现完整加工过程的展示与验证。

【技术特征摘要】
1.一种船厂生产车间数字孪生仿真系统，其特征在于采用数据监测与控制与虚拟设备平台构建的数字孪生仿真系统，使虚拟设备平台通过接收数据监测与控制的自动控制设备指令，驱动虚拟设备进行加工过程的状态效果展示，以满足自动控制系统的验证、展示及交互，所述数据监测与控制由SCADA模块和控制模块组成；所述虚拟设备平台由通讯模块、指令识别模块、三维设备显示模块、工件模块和监测模块组成；所述SCADA模块将采集的工件及设备数据经控制模块输出自动控制设备指令；所述虚拟设备平台由通讯模块采用网络接收控制模块的自动控制设备指令；所述通讯模块将接收的指令经指令识别模块分别接入三维设备显示模块和工件模块进行加工过程的展示，并由监测模块对其加工状...

【专利技术属性】
技术研发人员：王真，周佳妮，丁炜杰，肖炳辉，衡超，邢宇骏，胡世南，
申请(专利权)人：中船第九设计研究院工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31