基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统，包括：确定航天器产品装配的关键特征，构建产品装配数字孪生模型，确定航天器装配车间的关键要素，构建装配车间数字孪生模型；采用物联网平台进行航天器装配过程数据采集，定义航天器装配过程关键事件，由关键事件驱动采集数据与产品装配数字孪生模型、装配车间数字孪生模型的虚实精准映射；基于产品装配数字孪生模型进行航天器装配过程实时管控与分析预测；基于装配车间数字孪生模型进行车间实时管控与分析预测；对装配过程孪生数据进行多维度组织管理，进行数据的存储、管理与挖掘。本发明专利技术能够提升航天器装配过程数字化管控能力，提高产品装配效率，保证产品质量。品质量。品质量。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统


[0001]本专利技术涉及航天器装配
，具体地，涉及一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统。

技术介绍

[0002]航天器具有产品组成复杂、技术难度大、精度要求高、质量控制极其严格等特点。装配是决定航天器产品质量和研制进度的关键环节，其工艺流程复杂，生产准备与装配周期长，生产扰动频繁，生产进度、产品质量和技术状态控制难度大。因此，实现装配过程有效管控一直是航天器生产制造亟需解决的难题之一。同时，随着航天器研制从传统的单件研制模式向组批生产模式发展，需实现装配全过程与全要素的协同、实时、闭环控制，保证产品研制进度与质量，并提高瓶颈资源、质量隐患等的分析预测能力。
[0003]公开号为CN104504175A的专利技术专利，公开了一种航天器装配仿真系统及仿真方法，航天器装配仿真系统包括运行管理模块、三维视景模块、装配操作模块、数据输入模块、应用核心模块、数据输出模块、仿真支撑平台，运行管理模块、三维视景模块、装配操作模块、数据输入模块、应用核心模块、数据输出模块都与仿真支撑平台连接。
[0004]目前，国内外在复杂产品装配车间管控技术及制造执行系统方面开展了较为深入的研究，实现了离散装配模式下的计划排产、数据采集及过程管控等，同时初步探索了数字孪生技术在装配车间管控中的研究与应用，但现有方法和系统难以满足航天器装配过程全面互联感知、信息物理融合及智能化管控需求，主要存在以下问题：
①
航天器装配过程中产品状态变化十分频繁，装配车间内各类生产要素的分配、流转和使用等活动较多，传统管控方式主要通过MES系统进行人工确认、数据记录与分析、异常处理等，对于过程控制的实时性和准确性都较低；
②
航天器装配数字孪生模型和装配车间数字孪生模型构建较为困难，装配过程中采集的多源异构原始数据难以准确、高效地与产品、车间模型进行关联融合；
③
缺少实现航天器装配进度、质量、技术状态等数字孪生管控的方法与系统，难以实现装配过程的模拟、监控、预测和控制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法及系统，所述方案如下：
[0007]第一方面，提供了一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法，所述方法包括：
[0008]步骤S1：确定航天器产品装配的关键特征，基于所述关键特征构建产品装配数字孪生模型，同时确定航天器装配车间的关键要素，基于所述关键要素构建装配车间数字孪生模型；
[0009]步骤S2：采用物联网平台进行航天器装配过程数据采集，定义航天器装配过程关
键事件，由关键事件驱动采集数据与产品装配数字孪生模型、装配车间数字孪生模型的虚实精准映射；
[0010]步骤S3：基于所述产品装配数字孪生模型进行航天器装配过程实时管控与分析预测；
[0011]步骤S4：基于所述装配车间数字孪生模型进行车间实时管控与分析预测；
[0012]步骤S5：对装配过程孪生数据进行多维度组织管理，进行数据的存储、管理与挖掘。
[0013]优选的，所述步骤S1中基于关键特征构建产品装配数字孪生模型的步骤进一步包括：
[0014]步骤S1.1.1：在产品装配数字样机建模工具软件中，接收设计单位下发的产品设计模型、物料清单信息以及技术文件，增加工装、工具模型以及装配工艺流程、工艺内容、检验要求在内的相关信息，进行模型、信息的关联和融合，形成包含完整的产品结构信息、属性信息及轻量化模型的产品装配数字样机；
[0015]步骤S1.1.2：根据产品ID、部组件ID、零件ID，将产品装配关键特征集合与产品装配数字样机进行关联，形成产品装配数字孪生模型；
[0016]步骤S1.1.3：在产品装配数字孪生模型中建立产品数据接口，实现产品装配数字孪生模型和实时数据间的交互；
[0017]步骤S1.1.4：开发装配过程管控模块，集成PDM、ERP、MES、QMS系统中产品装配进度、质量、技术状态管控功能，基于产品装配数字孪生模型进行数据处理、装配状态识别与监控以及异常报警。
[0018]所述步骤S1中基于关键要素构建装配车间数字孪生模型的步骤进一步包括：
[0019]步骤S1.2.1：在车间数字模型建模工具软件中对装配车间各类要素进行建模和场景布置，同时配置各要素实时数据及状态的可视化界面，形成装配车间数字模型；
[0020]步骤S1.2.2：通过ERP、MES在内的相关系统对装配车间关键要素信息进行管理，并与车间数字模型进行关联，形成装配车间数字孪生模型；
[0021]步骤S1.2.3：在装配车间数字孪生模型中建立车间数据接口，实现装配车间孪生模型和实时数据间的交互；
[0022]步骤S1.2.4：开发装配过程管控模块，集成PDM、ERP、MES、QMS系统中物料管控、车间资源管控相关功能，建立车间管控服务，基于装配车间数字孪生模型进行数据处理、状态识别与监控以及异常报警。
[0023]优选的，所述步骤S2的采用物联网平台进行航天器装配过程数据采集的步骤进步包括：
[0024]步骤S2.1.1：构建物联网平台，提供TCP/IP、UDP、OPC、Modbus、RFID标准通信协议及标准化封装的API接口；
[0025]步骤S2.1.2：基于所述物联网平台开发数据集成接口及数据管理模块，实现各类设备和软件系统的统一接入、数据在线采集及处理；
[0026]步骤S2.1.3：将采集的设备运行数据、传感器检测数据以及物流RFID数据进行采集，并与产品、工艺以及工序在内的相关信息进行关联存储。
[0027]所述步骤S2的由关键事件驱动采集数据与产品装配数字孪生模型、装配车间数字
孪生模型的虚实精准映射的步骤进一步包括：
[0028]步骤S2.2.1：感知关键事件，以装配工序开工、软硬件系统运行以及关键工序执行作为关键事件的触发条件，通过物联网平台的数据集成接口及事件驱动引擎，实时感知关键事件；
[0029]步骤S2.2.2：采集原始数据，通过设备与物联网平台集成、软件系统间集成，实现装配进度数据、质量数据、技术状态数据以及人员数据、工装设备数据、物料数据、环境数据在内的原始数据在线采集；
[0030]步骤S2.2.3：处理及封装数据，根据产品关键特征及关键要素清单，对采集的原始数据进行过滤和处理，并采用XML文档对处理后的数据进行组织和封装；
[0031]步骤S2.2.4：实时推送数据，采用Web Service技术开发数据接口，在线读取XML文档，并通过主动推送方式传送给产品装配数字样机建模工具或车间数字模型建模工具；
[0032]步骤S2.2.5：虚实映射与融合，产品装配数字样机建模工具解析XML文档获取产品数据，驱动产品装配数字孪生模型更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的航天器装配过程管控方法，其特征在于，包括：步骤S1：确定航天器产品装配的关键特征，基于所述关键特征构建产品装配数字孪生模型，同时确定航天器装配车间的关键要素，基于所述关键要素构建装配车间数字孪生模型；步骤S2：采用物联网平台进行航天器装配过程数据采集，定义航天器装配过程关键事件，由关键事件驱动采集数据与产品装配数字孪生模型、装配车间数字孪生模型的虚实精准映射；步骤S3：基于所述产品装配数字孪生模型进行航天器装配过程实时管控与分析预测；步骤S4：基于所述装配车间数字孪生模型进行车间实时管控与分析预测；步骤S5：对装配过程孪生数据进行多维度组织管理，进行数据的存储、管理与挖掘。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航天器装配过程管控方法，其特征在于，所述步骤S1中基于关键特征构建产品装配数字孪生模型的步骤进一步包括：步骤S1.1.1：在产品装配数字样机建模工具软件中，接收设计单位下发的产品设计模型、物料清单信息以及技术文件，增加工装、工具模型以及装配工艺流程、工艺内容、检验要求在内的相关信息，进行模型、信息的关联和融合，形成包含完整的产品结构信息、属性信息及轻量化模型的产品装配数字样机；步骤S1.1.2：根据产品ID、部组件ID、零件ID，将产品装配关键特征集合与产品装配数字样机进行关联，形成产品装配数字孪生模型；步骤S1.1.3：在产品装配数字孪生模型中建立产品数据接口，实现产品装配数字孪生模型和实时数据间的交互；步骤S1.1.4：开发装配过程管控模块，集成PDM、ERP、MES、QMS系统中产品装配进度、质量、技术状态管控功能，基于产品装配数字孪生模型进行数据处理、装配状态识别与监控以及异常报警；所述步骤S1中基于关键要素构建装配车间数字孪生模型的步骤进一步包括：步骤S1.2.1：在车间数字模型建模工具软件中对装配车间各类要素进行建模和场景布置，同时配置各要素实时数据及状态的可视化界面，形成装配车间数字模型；步骤S1.2.2：通过ERP、MES在内的相关系统对装配车间关键要素信息进行管理，并与车间数字模型进行关联，形成装配车间数字孪生模型；步骤S1.2.3：在装配车间数字孪生模型中建立车间数据接口，实现装配车间孪生模型和实时数据间的交互；步骤S1.2.4：开发装配过程管控模块，集成PDM、ERP、MES、QMS系统中物料管控、车间资源管控相关功能，建立车间管控服务，基于装配车间数字孪生模型进行数据处理、状态识别与监控以及异常报警。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航天器装配过程管控方法，其特征在于，所述步骤S2的采用物联网平台进行航天器装配过程数据采集的步骤进步包括：步骤S2.1.1：构建物联网平台，提供TCP/IP、UDP、OPC、Modbus、RFID标准通信协议及标准化封装的API接口；步骤S2.1.2：基于所述物联网平台开发数据集成接口及数据管理模块，实现各类设备和软件系统的统一接入、数据在线采集及处理；
步骤S2.1.3：将采集的设备运行数据、传感器检测数据以及物流RFID数据进行采集，并与产品、工艺以及工序在内的相关信息进行关联存储；所述步骤S2的由关键事件驱动采集数据与产品装配数字孪生模型、装配车间数字孪生模型的虚实精准映射的步骤进一步包括：步骤S2.2.1：感知关键事件，以装配工序开工、软硬件系统运行以及关键工序执行作为关键事件的触发条件，通过物联网平台的数据集成接口及事件驱动引擎，实时感知关键事件；步骤S2.2.2：采集原始数据，通过设备与物联网平台集成、软件系统间集成，实现装配进度数据、质量数据、技术状态数据以及人员数据、工装设备数据、物料数据、环境数据在内的原始数据在线采集；步骤S2.2.3：处理及封装数据，根据产品关键特征及关键要素清单，对采集的原始数据进行过滤和处理，并采用XML文档对处理后的数据进行组织和封装；步骤S2.2.4：实时推送数据，采用Web Service技术开发数据接口，在线读取XML文档，并通过主动推送方式传送给产品装配数字样机建模工具或车间数字模型建模工具；步骤S2.2.5：虚实映射与融合，产品装配数字样机建模工具解析XML文档获取产品数据，驱动产品装配数字孪生模型更新装配状态和关键特征信息；车间数字模型建模工具解析XML文档获取车间数据，驱动装配车间数字孪生模型更新关键要素状态。4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航天器装配过程管控方法，其特征在于，所述步骤S3的基于产品装配数字孪生模型进行航天器装配过程实时管控与分析预测的步骤进一步包括：步骤S3.1：产品装配进度实时管控与分析预测，通过物联网平台和MES系统实时获取产品装配进度的关键特征数据，驱动产品装配数字孪生模型更新装配进度关键特征信息，并在三维可视化监控看板中实时展示各类零件、部组件的装配状态及装配完成率；调用产品装配过程管控服务，将实际装配进度与装配计划进行自动比对，对于超期情况进行预警，并驱动计划调整或动态调度；采用数据挖掘与分析方法，对历史工艺、装配任务和工时进行关联分析，构建面向不同部组件、工艺和工况的工时估算模型，通过产品装配数字孪生模型获取待装部组件列表，基于工时估算模型进行工时计算，预测产品最终装配完成时间；步骤S3.2：产品装配质量实时管控与分析预测，通过物联网平台和MES系统实时获取产品装配质量关键特征数据，驱动产品装配数字孪生模型更新质量关键特征信息；调用产品装配过程管控服务，将采集的质量数据与设计值进行自动比对分析，对于出现偏差或异常情况进行警示，并驱动进行设计或工艺优化；构建产品装配精度预分析模型，基于产品装配数字孪生模型进行装配仿真和尺寸链动态计算，预测产品最终装配精度；采用机...

【专利技术属性】
技术研发人员：万峰，邢香园，吴剑锋，王治，赵文浩，陈瑞启，陈小弟，马海龙，徐阳锋，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：