基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术属于数字孪生技术领域，具体公开了基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法，该系统包括模型仿真数据采集的数据采集模块、仿真模型数据处理的模型处理模块、模型建立和数据存储的模型仿真模块、设备升级模拟的模型升级模拟模块和设备故障监测和显示的仿真故障提醒模块，本发明专利技术科学合理，使用安全方便，通过对仿真模型坐标系的建立，对生产设备的历史移载数据，即坐标值的变化量进行记录和存储，当移载数据与历史数据偏差过大时，可以对3D模型进行及时的修正，同时，进行异常故障提醒，使得可以及时的对生产设备的隐藏故障进行排查并检修，减少了生产事故的发生概率，同时，还减少了对于设备检修所花费的人力、物力和财力。

Precise modeling and simulation system and method of intelligent production process based on digital twin

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法
本专利技术涉及数字孪生
，具体是基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法。
技术介绍
数字孪生是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程；随着社会的不断发展，数字孪生技术的应用也越来越广泛，利用数字孪生技术建立生产过程的数字模型，可以对生产的全过程全生命周期进行模拟，但是，在利用数字孪生技术建立生产过程的数字模型的过程中也存在以下问题：1、随着生产设备的不断使用和老化，生产设备的精确度也在不断的退化，需要不断的对生产设备的精确度进行调整，如若不及时的对生产设备的精确度进行修正，可能会导致严重的生产故障，影响企业产能、浪费原材料，而现有的利用数字孪生技术对生产过程进行模拟时没有很好的解决这一问题；2、随着生产技术的不断提高，为了提高产量和设备性能，不断的对生产设备进行更新和升级，传统的更新和升级，需要重新制造一套完整的设备，然后不断的对数据进行调试，费时费力；所以，人们急需一种基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统及方法，以解决现有技术中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，该建模仿真系统包括用于模型仿真数据采集的数据采集模块、仿真模型数据处理的模型处理模块、模型建立和数据存储的模型仿真模块、设备升级模拟的模型升级模拟模块和设备故障监测和显示的仿真故障提醒模块；所述数据采集模块的输出端电性连接模型仿真模块的输入端，所述模型仿真模块与模型处理模块和模型升级模拟模块电性连接，所述模型处理模块与仿真故障提醒模块电性连接。作为优选技术方案，所述模型仿真模块包括数字计算机和存储数据库；所述数据采集模块包括三维扫描仪和智能传感器；所述三维扫描仪和智能传感器的输出端电性连接数字计算机的输入端；所述三维扫描仪用于对生产设备进行模型扫描，获取建模仿真数据，所述智能传感器用于对生产设备的动态数据进行采集；所述数字计算机用于根据三维扫描仪对生产设备的三维扫描数据，利用建模仿真软件对扫描数据进行3D模型的建立，所述存储数据库用于对生产设备的历史移载数据进行存储和记录，所述移载数据是指坐标系的变化量，作为后期生产的移载数据是否符合精准度的判断依据。作为优选技术方案，所述模型处理模块包括三维坐标系建立单元、移载标签添加单元和动态指令执行单元；所述数字计算机的输出端电性连接移载标签添加单元和动态指令执行单元，所述移载标签添加单元的输出端电性连接存储数据库；所述三维坐标系建立单元用于对数字计算机建立的3D模型中的每一个点进行三维坐标的定位，使得对于3D模型实现精准定位，所述移载标签添加单元用于对历史移载数据进行标签的添加，添加标签的内容包括：移载起始坐标值、移载周期次数和移载时长，所述动态指令执行单元用于根据智能传感器的位移量和角度偏转量，执行数字计算机的指令，驱动3D模型中对应的机械结构三维坐标值的变化，实现对生产设备的动态仿真。作为优选技术方案，所述故障仿真提醒模块包括移载数据调取单元、移载数据比对单元、模型数据修正单元和故障坐标显示单元；所述存储数据库的输出端电性连接移载数据调取单元的输入端，所述动态指令执行单元的输出端电性连接移载数据比对单元的输入端，所述移栽数据调取单元的输出端电性连接移载数据比对单元的输入端，所述移栽数据比对单元的输出端电性连接模型数据修正单元和故障坐标显示单元的输入端；所述移载数据调取单元用于对存储数据库中存储的3D模型历史移载数据进行调取，作为3D模型移载数据比对的参考数据，所述移载数据比对单元用于将调取的3D模型历史移载数据与当前的3D模型移载数据进行比对，判断当前的3D模型移载数据与3D模型的历史移载数据之间的差值，作为判断当前生产设备的移载精确度是否发生变化的依据，所述模型数据修正单元用于根据故障排除之后的生产设备的移载数据对3D模型的移载数据进行及时的修正，保证3D模型移栽数据与生产设备的移载同步，所述故障坐标显示单元通过移载数据对比单元的对比，当当前移载数据与历史移载数据之间的差值超过设定阈值时，对当前移载的机械结构的坐标值进行显示，告诫工作人员此处机械机构精确度误差较大，及时修正，减少了工作人员对于设备故障排查所花费的时间。利用仿真故障提醒模块，可以将当前生产设备的移载数据与历史移载数据进行比对，可以对当前生产设备的精确度做出判断，可以及时的对生产设备做出检修，同时，实现对生产设备孪生数字模型的自动修正，保证了生产的顺利，减少了人员排查设备故障所花费的时间。作为优选技术方案，所述模型升级模拟模块包括模型悬挂单元、模型修改单元、模拟运行单元、数据修正单元和模型恢复单元；所述模型悬挂单元与模型仿真模块电性连接，所述模型悬挂单元的输出端电性连接模型修正单元的输入端，所述模型修正单元的输出端电性连接模拟运行单元的输入端，所述模拟运行单元的输出端电性连接数据修正单元的输入端，所述数据修正单元的输出端电性连接模型恢复单元的输入端，所述模型恢复单元与模型仿真模块电性连接；所述模型悬挂单元用于将当前3D模型悬挂起，避免对生产设备的孪生模型的运行造成影响，所述模型修改单元用于对当前悬挂的3D模型进行零件的添加、更新或删减，所述模拟运行单元用于输入3D模型的历史移载数据，模拟更新和升级之后的设备运行，检查对应移载机构的坐标值变化是否符合预期效果，所述数据修改单元用于当模拟运行效果不符合预期效果时，对添加、更新或删减的相关零件数据进行调整和修改，继续进行模拟实验，直至符合预期效果，对相关零件数据进行记录，所述模型恢复单元用于将悬挂的模型恢复至原始状态，利用3D模型继续执行原始生产设备的运行仿真。利用模型升级模拟模块，可以有效的利用3D模型对即将升级的生产设备进行升级模拟运行，可以有效的对升级过程中的数据进行调节，使得升级的设备完全符合生产需求，可以有效的减少设备升级所花费的精力投入，只需利用数字孪生的模型对生产设备的升级进行仿真即可，省时省力。作为优选技术方案，该建模仿真方法包括以下步骤：S1、生产设备3D模型的建立和动态仿真；S2、生产设备与3D模型之间移载数据的比对；S3、3D模型数据的修正和生产设备的故障显示；S4、利用3D模型对生产设备的更新和升级进行模拟运行。作为优选技术方案，所述步骤S1还包括以下步骤：T1、进行生产设备3D模型的建立；T2、对3D模型进行三维坐标系的建立；T3、对生产设备进行动态数据的采集；T4、驱动3D模型进行生产设备的动态仿真；T5、进行3D模型动态仿真移载标签的添加；T6、对移载数据进行记录和存储；...

【技术保护点】
1.基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：该建模仿真系统包括用于模型仿真数据采集的数据采集模块、仿真模型数据处理的模型处理模块、模型建立和数据存储的模型仿真模块、设备升级模拟的模型升级模拟模块和设备故障监测和显示的仿真故障提醒模块；/n所述数据采集模块的输出端电性连接模型仿真模块的输入端，所述模型仿真模块与模型处理模块和模型升级模拟模块电性连接，所述模型处理模块与仿真故障提醒模块电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：该建模仿真系统包括用于模型仿真数据采集的数据采集模块、仿真模型数据处理的模型处理模块、模型建立和数据存储的模型仿真模块、设备升级模拟的模型升级模拟模块和设备故障监测和显示的仿真故障提醒模块；
所述数据采集模块的输出端电性连接模型仿真模块的输入端，所述模型仿真模块与模型处理模块和模型升级模拟模块电性连接，所述模型处理模块与仿真故障提醒模块电性连接。


2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：所述模型仿真模块包括数字计算机和存储数据库；
所述数据采集模块包括三维扫描仪和智能传感器；
所述三维扫描仪和智能传感器的输出端电性连接数字计算机的输入端；
所述三维扫描仪用于对生产设备进行模型扫描，获取建模仿真数据，所述智能传感器用于对生产设备的动态数据进行采集；
所述数字计算机用于根据三维扫描仪对生产设备的三维扫描数据，利用建模仿真软件对扫描数据进行3D模型的建立，所述存储数据库用于对生产设备的历史移载数据进行存储和记录，作为后期生产的移载数据是否符合精准度的判断依据。


3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：所述模型处理模块包括三维坐标系建立单元、移载标签添加单元和动态指令执行单元；
所述数字计算机的输出端电性连接移载标签添加单元和动态指令执行单元，所述移载标签添加单元的输出端电性连接存储数据库；
所述三维坐标系建立单元用于对数字计算机建立的3D模型中的每一个点进行三维坐标的定位，所述移载标签添加单元用于对历史移载数据进行标签的添加，所述动态指令执行单元用于根据智能传感器的位移量和角度偏转量，执行数字计算机的指令，驱动3D模型中对应的机械结构三维坐标值的变化。


4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：所述故障仿真提醒模块包括移载数据调取单元、移载数据比对单元、模型数据修正单元和故障坐标显示单元；
所述存储数据库的输出端电性连接移载数据调取单元的输入端，所述动态指令执行单元的输出端电性连接移载数据比对单元的输入端，所述移栽数据调取单元的输出端电性连接移载数据比对单元的输入端，所述移栽数据比对单元的输出端电性连接模型数据修正单元和故障坐标显示单元的输入端；
所述移载数据调取单元用于对存储数据库中存储的3D模型历史移载数据进行调取，所述移载数据比对单元用于将调取的3D模型历史移载数据与当前的3D模型移载数据进行比对，所述模型数据修正单元用于根据故障排除之后的生产设备的移载数据对3D模型的移载数据进行及时的修正，所述故障坐标显示单元通过移载数据对比单元的对比，当当前移载数据与历史移载数据之间的差值超过设定阈值时，对当前移载的机械结构的坐标值进行显示。


5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真系统，其特征在于：所述模型升级模拟模块包括模型悬挂单元、模型修改单元、模拟运行单元、数据修正单元和模型恢复单元；
所述模型悬挂单元与模型仿真模块电性连接，所述模型悬挂单元的输出端电性连接模型修正单元的输入端，所述模型修正单元的输出端电性连接模拟运行单元的输入端，所述模拟运行单元的输出端电性连接数据修正单元的输入端，所述数据修正单元的输出端电性连接模型恢复单元的输入端，所述模型恢复单元与模型仿真模块电性连接；
所述模型悬挂单元用于将当前3D模型悬挂起，所述模型修改单元用于对当前悬挂的3D模型进行零件的添加、更新或删减，所述模拟运行单元用于输入3D模型的历史移载数据，模拟更新和升级之后的设备运行，所述数据修改单元用于当模拟运行效果不符合预期效果时，对添加、更新或删减的相关零件数据进行调整和修改，所述模型恢复单元用于将悬挂的模型恢复至原始状态，利用3D模型继续执行原始生产设备的运行仿真。


6.基于数字孪生的智能生产过程精确建模仿真方法，其特征在于：该建模仿真方法包括以下步骤：
S1、生产设备3D模型的建立和动态仿真；
S2、生产设备与3D模型之间移载数据的比对；
S3、3D模型数据的修正和生产设备的故障显示；
S4、利用3D模型对生产设备的更新和升级进行模拟运行。


7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨轩，
申请(专利权)人：南京悠淼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32