一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统，所述方法包括：步骤S1：构建数字孪生模型；步骤S2：对数字孪生模型和现场工业设备作双向映射以达到稳定同步；步骤S3：实时监测现场工业设备和数字孪生模型，基于环境参数对现场工业设备作生产过程控制。本发明专利技术使虚拟场景中的孪生系统与现实生产过程无缝融合，实现对工业控制系统进行快速、实时和高效的控制，并最终提高了生产工作的效率和工作生产过程的安全性。产过程的安全性。产过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统


[0001]本专利技术属于工业控制
，尤其涉及一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统。

技术介绍

[0002]数字孪生近年来成为了研究的热点，它指的是与物理对象高度一致的仿真模型。其充分利用物理模型、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。发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用。其目标在于精准映射现实空间的物理信息，呈现给管理者进行相关决策。数字孪生会同化所采集的实时数据，从而在模型建立后还能实时保持与物理对象的一致性。这使得数字孪生系统可以在虚拟环境中对更贴合真实状态的孪生对象进行仿真测试，获得更有现实指导意义的仿真结果。
[0003]“智能工厂”和“智能制造”是“工业4.0”项目的主要两大主题，分别是研究智能化生产系统过程，以及网络化分布式生产设施的实现。涉及企业生产物流管理、人机互动以及工业生产过程控制应用等。随着物联网、大数据和云计算技术的日臻成熟，促进了现代复杂机械产品的装配生产向数字化、网联化和智能化的方向发展。工业仿真软件从单纯的CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助工程)、已经在逐步融合3D、虚拟现实、大数据、云计算、人工智能等新技术，软件与工业实际应用结合更紧密，数字孪生控制技术与传统的数字化产线集成一体化已经是国内外智能工厂的发展趋势，继而催生了物理信息融合、数字孪生技术与制造业的深度融合。对数字孪生的研究可以推动物联网技术、人工智能、虚拟现实技术甚至传感器技术的发展。数字孪生作为一种可以实现装备装配过程物理域和信息域智能互联与交互融合的潜在有效途径，近期受到了国内外专家的高度关注。
[0004]实际上，数字孪生模型会根据实时采集的动态交互数据在全生命周期内与物理对象持一致，并根据物理系统的运行需求对其反馈优化控制信号；可以看出，数字孪生技术或者说数字孪生模型具有高动态性和强交互性，他和具体的工业生产系统及其产品密切相关，在工业生产系统环境或者工业产品发生变化时，其数字孪生模型需要重新搭建，使其“很难实现”；此外，关于数字孪生模型的抽象和稳定同步方面的研究也都尚未成熟和推广使用，影响了数字孪生技术的发展同时还严重影响生产效率；为了解决该问题，本专利技术提出一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统，能够使虚拟场景中的孪生系统与现实生产过程无缝融合，实现对工业控制系统进行快速、实时和高效的控制，并最终提高了生产工作效率和工作生产过程的安全性。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种基于数字孪生技术的工业控制方法和系统，所述方法包含：
[0006]步骤S1：构建数字孪生模型；
[0007]步骤S2：对数字孪生模型和现场工业设备作双向映射以达到稳定同步；
[0008]步骤S3：实时监测现场工业设备和数字孪生模型，基于环境参数对现场工业设备作生产过程控制。
[0009]进一步的，所述步骤S1具体包括；
[0010]步骤S11：获取产品生产请求；所述产品生产请求包括产品编号及其产品参数；
[0011]步骤S12：基于所述产品生产请求获取对应的生产过程；所述生产过程包括一个或多个具有时间先后顺序的生产工序；
[0012]步骤S13：按照生产过程中生产工序的顺序拼接生产工序对应的工序模型以构成数字孪生模型；
[0013]步骤S14：确定生产工序中的重要工序序列；所述重要工序序列中包含一个或多个连续的生产工序；
[0014]步骤S15：基于现场工业设备类型对数字孪生模型中的工序进行选型以参数化所述数字孪生模型；具体为：基于现场工业设备类型及其参数先对重要工序序列选型，然后对剩余工序做选型；通过拼接重要工序序列和剩余工序得到经过选型的数字孪生模型；所述选型是为工序选择工业设备的类型及其参数，使得经过选型的数字孪生模型在进行仿真后能达到运行目标和约束条件。
[0015]进一步的，生产现场包括一个或多个工序，每个工序对应一个工序模型。
[0016]进一步的，所述运行目标包括时间、设备消耗、开销和/或用工中的一个或多个的组合。
[0017]进一步的，通过人工标注的方式确定重要工序序列。
[0018]一种基于数字孪生技术的工业控制系统，其特征在于，包括：现场传感器、控制服务器、工业设备；其中：所述现场传感器用于检测现场的环境参数，生成包含环境参数的感应信号发送给控制服务器；
[0019]所述控制服务器用于执行所述的基于数字孪生技术的工业控制方法；
[0020]所述基于数字孪生技术的工业控制方法；
[0021]所述工业设备用于完成生产现场中的工序，并根据控制服务器发送的控制参数对所述生产过程中的工业设备参数进行调节。
[0022]进一步的，所述工业设备包括数控车床、工业机器人、机械臂、加工设备、运行轨道、工装设备和/或供料设备。
[0023]一种处理器，其特征在于，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现所述的基于数字孪生技术的工业控制方法。
[0024]一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于数字孪生技术的工业控制方法。
[0025]一种物联网服务器，其特征在于，所述物联网服务器被配置为执行所述的基于数字孪生技术的工业控制方法。
[0026]本专利技术的有益效果包括：
[0027](1)基于工序作生产过程的抽象，将生产过程分解为对各阶段中间产品的不断输入和输出，使得生产过程能够方便灵活拆分，针对不同的现场的数字孪生模型的设置变成
了参数化和实例化过程，大大提高了对应的设置数字孪生模型的动态可配置性；同时，在数字孪生模型同步运行过程中，通过基于工序的距离、差分距离、差异化的差分距离的计算，不需要亲临现场就准确定位异常位置；
[0028](2)圈定重要工序序列来抓住生产过程的重点，从多个重点工序序列出发打破生产过程顺序，根据重要工序占比来确定重要工序序列对应的子运行条件和子约束条件，找到全局最优选型结果及其对应的数字孪生模型，为工业控制效率的提高提供了良好基础；
[0029](3)基于独立设备、两个或多设备组合的联合模拟方式对孪生模型和现场工业设备做双向映射，结合k个工业设备组的局部优化稳定同步，通过最小k达到最小误差容忍，快速实现全生产过程中现场的生产过程和数字孪生模型稳定同步。
【附图说明】
[0030]此处所说明的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0031]图1为本专利技术提供的基于数字孪生技术的工业控制方法示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生技术的工业控制方法，其特征在于，所述方法包含：步骤S1：构建数字孪生模型；步骤S2：对数字孪生模型和现场工业设备作双向映射以达到稳定同步；步骤S3：实时监测现场工业设备和数字孪生模型，基于环境参数对现场工业设备作生产过程控制。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的工业控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括；步骤S11：获取产品生产请求；所述产品生产请求包括产品编号及其产品参数；步骤S12：基于所述产品生产请求获取对应的生产过程；所述生产过程包括一个或多个具有时间先后顺序的生产工序；步骤S13：按照生产过程中生产工序的顺序拼接生产工序对应的工序模型以构成数字孪生模型；步骤S14：确定生产工序中的重要工序序列；所述重要工序序列中包含一个或多个连续的生产工序；步骤S15：基于现场工业设备类型对数字孪生模型中的工序进行选型以参数化所述数字孪生模型；具体为：基于现场工业设备类型及其参数先对重要工序序列选型，然后对剩余工序做选型；通过拼接重要工序序列和剩余工序得到经过选型的数字孪生模型；所述选型是为工序选择工业设备的类型及其参数，使得经过选型的数字孪生模型在进行仿真后能达到运行目标和约束条件。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生技术的工业控制方法，其特征在于，生产现场包括一个或多个工序，每个工序对应一个工序模型。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的工业控制方法，其特征在于，所述运行目标包括时间、设备消耗、开销和/或用工中的一个或多个的组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：于翔，
申请(专利权)人：北京中佳瑞通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：