一种复杂电子装备总装数字孪生车间制造技术

技术编号:25394864 阅读:31 留言:0更新日期:2020-08-25 23:00
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

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