一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统，方法包括：设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块完成对总装工位与总装车间的设计与封装；设计数字孪生虚实交互调试模块，该模块通过与物理实体建立实时数据连接，实现对模型、接口、系统的调试；设计总装工作人员模型库，实现对总装工作人员工艺完成时间、工艺匹配度、个体疲劳度的分析与预测；设计工艺仿真分析模块，该模块对设计方案进行仿真验证，并对缺陷方案进行优化修正；设计数字孪生系统实例化模块，该模块将上述设计实例化，输出为模块化组件指导车间建设与系统开发。本方法针对卫星脉动式总装车间特点，能一定程度上提升卫星脉动式总装车间的设计效率和有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统
本专利技术属于工业数字化和计算机科学领域，具体涉及一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法及系统。
技术介绍
卫星总装是卫星研制过程中至关重要的一环，影响着卫星的最终质量。如今，随着卫星行业商业转型的迅猛发展，传统卫星固定式站位的装配模式已难以应对低成本、短周期、大批量、高度定制化的研制需求与挑战。而脉动式总装模式是介于连续移动装配和固定式装配的一种节拍间歇移动的装配方式，通过对传统工艺进行解构并重新设计，形成了特定工位完成特定工艺，卫星产品在不同工位间移动以完成装配任务的总装模式。脉动式总装模式大幅提升了装配效率，更有利于总装过程的精益管理，同时便于提升整体系统的数字化、自动化、智能化水平，是应对卫星总装未来发展需求与挑战的有效模式。如今在车间设计方面，通常借助设备或单元的数字化模型，进行设计与优化，借助离线仿真或半实时仿真对方案进行验证分析，最终形成设计方案。这些技术在针对卫星脉动式总装生产设计上存在以下问题：①现有设计方法主要针对流水生产线，针对卫星等复杂产品的脉动式总装车间设计的方法有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，具体设计方法步骤如下：/n步骤(1)、设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块具体实现：/n(1.1)首先对卫星脉动式总装车间工艺进行分析解耦，确定各装配工位的具体工艺以及不同装配工位间的工艺关系，设计包含工位设备、布局、运作机制、行为规则的装配工位模型，各设备执行器、传感器、上位机间的通信接口，以及装配工位的机械运动及路径、机械自动控制机制、装配工艺签署推进机制的控制机制脚本；/n(1.2)对设计的装配工位模型、通信接口、控制机制脚本进行集成，将其整体封装为装配工位数字孪生模型，该装配工位数字孪生模型能够进行位置调整、模型交互、接口调...

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，具体设计方法步骤如下：
步骤(1)、设计基于数字孪生的二级封装设计模块，该模块具体实现：
(1.1)首先对卫星脉动式总装车间工艺进行分析解耦，确定各装配工位的具体工艺以及不同装配工位间的工艺关系，设计包含工位设备、布局、运作机制、行为规则的装配工位模型，各设备执行器、传感器、上位机间的通信接口，以及装配工位的机械运动及路径、机械自动控制机制、装配工艺签署推进机制的控制机制脚本；
(1.2)对设计的装配工位模型、通信接口、控制机制脚本进行集成，将其整体封装为装配工位数字孪生模型，该装配工位数字孪生模型能够进行位置调整、模型交互、接口调试、机械运动模拟；
(1.3)基于封装后的各装配工位数字孪生模型，实现以装配工位为单元的模块化设计，包括基于装配工位三维模型的总装车间布局设计与物流设计、基于装配工位通信接口的车间通信网络架构设计、基于控制机制脚本的车间工艺流程控制逻辑设计，得到设计的总装车间模型、通信网络、物流方案、控制逻辑；
(1.4)对设计开发的总装车间模型、通信网络、物流方案、控制逻辑进行集成，将其整体封装为总装车间数字孪生模型；
步骤(2)、设计数字孪生虚实交互调试模块，该模块具体实现：
(2.1)将总装车间设计中所涉及的物理实体与数字孪生虚拟模型建立数据通讯，所述数字孪生虚拟模型包括装配工位数字孪生模型与总装车间数字孪生模型；
(2.2)在相同信号激励下，采集物理实体与数字孪生虚拟模型的反馈数据，并计算两者间的差值，判断差值是否在系统允许阈值内；
(2.3)如果不在允许阈值内，对数字孪生虚拟模型进行修正，并再次进行信号激励与差值判断；
(2.4)如果在允许阈值内，则将数字孪生虚拟模型输出；
步骤(3)、设计总装工作人员模型库，该模型库基于历史数据对工作人员的相关工艺操作进行建模，包括工艺平均完成时间预测模型Pa、基于个体熟练度的工艺完成时间预测模型Pp、基于个体操作能力的工人-工位匹配度模型Pm、基于个体体能的疲劳度预测模型Pf；
步骤(4)、设计工艺仿真分析模块，该模块具体实现：
(4.1)以装配工单、设备实时或历史数据、人员实时或历史操作记录为仿真驱动脚本，导入总装车间数字孪生模型、总装工作人员模型，对卫星脉动式总装过程进行仿真；
(4.2)借助仿真结果参数分析总装车间设计的功能、性能、可行性、可靠性，根据各项指标判断设计方案是否需要修正优化；
(4.3)如果需要优化，确定优化目标与指标，借助多目标优化算法等对总装车间设计进行优化，形成对总装车间设计的修正策略，将策略返回步骤1中的基于数字孪生的二级封装设计模块进行再设计；
(4.4)如果不需要优化，则将总装车间设计模型输出；
步骤(5)、设计数字孪生系统实例化模块，该模块将总装车间设计模型进行实例化，形成总装车间布局模型、网络架构与接口模型、物流方案与控制策略、车间控制脚本、工人工艺任务分配策略，用于指导装配线现场建设、安装、调试以及数字孪生车间系统构建。


2.根据权利要求1所述的一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，所述步骤1的装配工位数字孪生模型包括：模型覆盖装配工位的场地、人员、物料、装备、工具多种对象；首先构建装配工位三维模型，其中装备、工具的三维模型应该是独立且可动的，并结合工位场景模型进行布局设计，构建为装配工位三维模型；其次，对各对象的数据模型进行构建，开发并关联相关数据接口，确保数据的采集、处理及存储；随后，对各对象的机械运动模型、物理属性模型、规则模型、控制机制脚本进行构建，其中要对人员操作与设备、产品的关联关系建立模型，以反映人员操作对装配过程的影响；通过以上模型实现对装配工位的数字化描述，最终对所有模型建立关联关系和交互关系。


3.根据权利要求1所述的一种数字孪生卫星脉动式总装车间设计方法，其特征在于，所述步骤1的总装车间数字孪生模型包括：模型覆盖总装车间的场地、人员、物料、装备、工具、产品多种对象；首先构建总装车间三维模型，在装配工位三维模型的基础上，通过设计并布置各工位的位置，并结合物流配送路线、物流仓储、产品仓储的三维设计，共同构建为总装车间三维模型；其次，基于装配工位的数据接口对车间通信网络架构进行设计，并对装配工位的数据模型进行接口调试与关联，加入产品、物流、工艺、环境的数据模型，构建形成总装车间的数据模型；随后，对物流设备运动模型、产品质量模型、车间运维规则模型、车间控制机制脚本、车间环境模型进行构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘蔚然，陶飞，张连超，邹孝付，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11