一种复杂电子装备总装数字孪生车间制造技术

本发明专利技术基于复杂电子装备总装特点，为增加产线柔性，提高产线效率，提出了一种复杂电子装备总装数字孪生车间的构建方法，解决了复杂电子装备总装中生产效率低、资源调配差、错误返工率高、质量不稳定，不能有效满足快速生产周期和一次装配成功率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂电子装备总装数字孪生车间
本专利技术属于智能制造
，具体涉及一种数字孪生技术。
技术介绍
复杂电子装备总装，具有手工离散作业、质量要求严格、生产批量小、人力投入大、周期长等特点。单件小批量生产，存在设计更改发生率高、人工作业产品质量不稳定、各生产资源不协同等因素，所以，复杂电子装备总装质量，呈现不确定的特点，亟需解决。复杂电子装备总装的工艺特点，对生产过程的协同性、生产计划的灵活性、生产环节的可控性提出了很高的要求，一旦发生重大错误，成本付出极为昂贵。数字孪生技术，是指用数字技术，描述和建模一个与物理实体的特性、行为和性能一致的过程或方法，它是实现物理空间与信息空间交互与融合的有效途径。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种电子装备数字孪生车间，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。孪生车间包括复杂电子装备总装物理车间、复杂电子装备总装虚拟车间、复杂电子装备总装车间信息融合系统、复杂电子装备总装车间智能运营平台四个部分。复杂电子装备总装物理车间，建立信息高度集成的物理车间智能感知系统，从人、机、物、环境四个维度，智能感知物理环境下的所需信息，并在信息中心实现在物理层面的全要素互联。复杂电子装备总装虚拟车间，从几何、物理、行为、规则四个维度对物理车间的人、机、物、环境进行建模，将各模型关联、组合与集成，构建从物理车间到虚拟车间的高度映射。复杂电子装备总装车间信息融合系统，在物理车间和虚拟车间高度映射的基础上，将物理车间现场实时采集的数据和虚拟车间的模型数据、仿真数据进行比对、清洗、聚类、迭代、修正、融合，实现物理空间和虚拟空间、智能运营平台的交互，真实刻画车间运行状态和特性。复杂电子装备总装车间智能运营平台，结合如MES执行制造系统之类的信息系统、人工智能、大数据等手段，提供车间生产运行过程中所需的排产、协同工艺、质量管控、风险预判等服务，实现智能辅助决策或智能决策。进一步的，数字孪生物理车间构建的关键在于，建设全方位覆盖复杂电子装备总装车间环境、生产制造设备、生产过程的现场数据采集系统。首先，对现场需要采集的数据进行分析；然后，结合复杂电子装备总装涉及的制造资源、产品信息以及相关的信息系统，建立需要采集的对象，在采集模型建立的基础上，确定采集方法，如传感器、二维码、设备联网、人机交互等；最后，构建大数据采集物理网，优化拓扑结构，通过工业物联网，采用统一、高效的数据交换协议与数据接口，实现复杂电子装备总装现场多源异构数据的实时、准确、可靠采集与传输。复杂电子装备总装制造系统是一个信息不断产生、不断变化的动态系统，其装配现场数据具有多源、实时、海量、异构等特性。现场数据采集系统包括产品数据采集系统、设备数据采集系统、生产过程数据采集系统。产品数据，包括产品基础数据和状态数据等；设备数据，包括设备基础数据、状态数据、运行数据等；生产过程数据，包括人员数据、物料数据、质量数据、任务数据、环境数据、和生产异常信息等。进一步的，虚拟车间作为物理车间的数字孪生模型，需要构建物理车间中各要素统一的结构，结合实体产生的数据，构建出数字空间中的孪生模型。在总装生产过程中，影响生产的关键要素包括人、机、物、环境，即生产过程中的人员、设备、物料和产品、环境，将数字孪生模型采用统一的表达DT车间＝DT设备∪DT产品∪DT生产过程DT生产过程＝DT人员∪DT物料∪…∪DT环境其中DT车间为车间数字孪生模型，即虚拟车间，DT设备为总装车间设备数字孪生模型，DT产品为产品数字孪生模型，DT生产过程为生产过程数字孪生模型，DT人员为人员数字孪生模型，DT物料为物料数字孪生模型，DT环境为环境数字孪生模型。生产过程中的人员孪生，从动作和位置两方面，实时更新数据。总装车间设备是具有加工、运输、储存等功能的作业设备，包括工业机器人、机床、吊车等，模型在几何、物理、行为、规则维度上与物理空间保持一致，孪生模型之间有虚拟通讯，与物理空间之间建立虚实通讯控制接口。产品和物料在不同装配工艺阶段对应不同的状态，伴随编码、订单等状态信息，物理标签通过数据接口，保存于虚拟空间的产品标签中，在虚拟空间中发生产品或物料状态的变化。环境信息通过数据采集系统感知，添加到虚拟空间中，以量化信息显示。进一步的，信息融合系统包括产品信息融合、设备信息融合、人员信息融合、系统信息融合、环境信息融合，实现数字孪生虚拟车间和物理车间的实时相互映射。产品信息融合，对产品从零部件出库到成品入库的全过程，包括时间、工位、工艺、质量、几何尺寸等相关信息实时数据交互。设备信息融合，对生产线中机器人、机床、吊车等各种设备的时空位置、运行状态实时映射。人员信息融合，对人员的时空位置、身份、动作等信息实时映射。系统信息融合，对生产计划进度与变更、作业计划进度、工序进度、库存状态等相关信息实时映射。环境信息融合，对环境温度、湿度、生产工艺相关、人员活动相关等信息实时映射。进一步的，智能运营平台包括基于数字孪生的数据显示系统、制造执行管理系统、可视化生产决策系统三个部分。数据感知显示系统，基于数据采集系统和信息融合系统，采用二维码、传感器等多种手段，感知物理车间设备、人员、物料等多种信息，实现实时的数据交互，将交互信息实时的在可视化平台上显示。制造执行管理系统，包括生产孪生、计划调度、生产执行、质量管理、物料管理等模块，将虚拟车间与物理车间实时映射、仿真运行，实时监控与预测总装生产过程，规划、仿真、验证产线能力。可视化生产决策系统，包括数据转换导入场景渲染模块和UI编辑模块，监控与预测车间运行状态，管理车间运营过程，实现可视化。本专利技术构建了物理车间和虚拟车间，实现了两者信息的实时交互，在线掌控、离线追溯生产状态，为复杂电子装备总装车间建设提供了方法，通过实时感知、分析物理空间和虚拟空间的数据，预判风险，降低成本，降低质量不稳定性、错误返工率，提高资源利用率、生产效率和装配车间一次装配成功率。附图说明图1是复杂电子总装数字孪生车间架构，图2是复杂电子总装现场数据采集系统架构。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。孪生车间构成如图1所示，包括复杂电子装备总装物理车间、复杂电子装备总装虚拟车间、复杂电子装备总装车间信息融合系统、复杂电子装备总装车间智能运营平台四个部分。复杂电子装备总装物理车间，建立信息高度集成的物理车间智能感知系统，从人、机、物、环境四个维度，智能感知物理环境下的所需信息，并在信息中心实现在物理层面的全要素互联。数字孪生物理车间构建的关键在于，建设全方位覆盖复杂电子装备总装车间环境、生产制造设备、生产过程的现场数据采集系统。首先，对现场需要采集的数据进行分析；然后，结合复杂电子装备总装涉及的制造资源、产品信息以及相关的信息系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂电子装备总装数字孪生车间，其特征在于，包括：复杂电子装备总装物理车间，从人、机、物、环境四个维度，感知物理环境下的信息，在信息中心实现物理层面的全要素互联；复杂电子装备总装虚拟车间，从几何、物理、行为、规则四个维度，对物理车间的人、机、物、环境建模，关联、组合、集成各模型，构建从物理车间到虚拟车间的高度映射；复杂电子装备总装车间信息融合系统，在物理车间和虚拟车间高度映射的基础上，将物理车间现场实时采集的数据和虚拟车间的模型数据、仿真数据进行比对、清洗、聚类、迭代、修正、融合，实现物理空间和虚拟空间、智能运营平台的交互，刻画车间运行状态和特性；复杂电子装备总装车间智能运营平台，结合信息系统、人工智能、大数据技术，提供车间生产运行过程中所需的排产、协同工艺、质量管控、风险预判服务，实现智能辅助决策或智能决策。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂电子装备总装数字孪生车间，其特征在于，包括：复杂电子装备总装物理车间，从人、机、物、环境四个维度，感知物理环境下的信息，在信息中心实现物理层面的全要素互联；复杂电子装备总装虚拟车间，从几何、物理、行为、规则四个维度，对物理车间的人、机、物、环境建模，关联、组合、集成各模型，构建从物理车间到虚拟车间的高度映射；复杂电子装备总装车间信息融合系统，在物理车间和虚拟车间高度映射的基础上，将物理车间现场实时采集的数据和虚拟车间的模型数据、仿真数据进行比对、清洗、聚类、迭代、修正、融合，实现物理空间和虚拟空间、智能运营平台的交互，刻画车间运行状态和特性；复杂电子装备总装车间智能运营平台，结合信息系统、人工智能、大数据技术，提供车间生产运行过程中所需的排产、协同工艺、质量管控、风险预判服务，实现智能辅助决策或智能决策。


2.根据权利要求1所述的复杂电子装备总装数字孪生车间，其特征在于，所述复杂电子装备总装物理车间，包括：现场数据采集系统，全方位覆盖复杂电子装备总装车间环境、生产制造设备、生产过程，对现场需要采集的数据进行分析，结合复杂电子装备总装涉及的制造资源、产品信息以及相关的信息系统，建立需要采集的对象，在采集模型建立的基础上，确定采集方法，构建大数据采集物理网，优化拓扑结构，通过工业物联网，采用统一、高效的数据交换协议与数据接口，实现复杂电子装备总装现场多源异构数据的实时、准确、可靠的采集与传输。


3.根据权利要求2所述的复杂电子装备总装数字孪生车间，其特征在于，所述现场数据采集系统，包括：产品数据采集系统、设备数据采集系统、生产过程数据采集系统；产品数据，包括：产品基础数据和状态数据；设备数据，包括：设备基础数据、状态数据、运行数据；生产过程数据，包括：人员数据、物料数据、质量数据、任务数据、环境数据、生产异常信息。


4.根据权利要求1所述的复杂电子装备总装数字孪生车间，其特征在于，所述复杂电子装备总装虚拟车间，包括：数字孪生模型统一表达式
DT车间＝DT设备∪DT产品∪DT生产过程
DT生产过程＝DT人员∪DT物料∪…∪DT环境，其中DT车间为车间数字孪生模型，即虚拟车间，DT设备为总装车间设备数字孪生模型，DT产品为产品数字孪生模型，
DT生产过程为生产过程数字孪生模型，DT人员为人员数字孪生模型，DT...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长明，贲可存，张柳，王勇智，吕龙泉，冯展鹰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32