一种制造系统的数字孪生监控系统技术方案

本发明专利技术提供一种制造系统的数字孪生监控系统，包括：信息物理系统，包括数据采集模块和数据传输模块，所述数据采集模块用于采集物理空间中生产系统的实时状态数据；所述数据传输模块用于传输所述实时状态数据；数字孪生平台，用于根据所述实时状态数据构建物理空间中生产系统的实时状态到数字空间的映射，并实现生产系统的实时状态的可视化，形成监控场景。本发明专利技术能够实现制造车间的全实时数字孪生三维可视化监控。维可视化监控。维可视化监控。

【技术实现步骤摘要】
一种制造系统的数字孪生监控系统


[0001]本专利技术涉及自动化生产线监控
，具体地，涉及一种制造系统的数字孪生监控系统。

技术介绍

[0002]数字孪生以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。然而，纵观全生命周期，目前数字孪生的应用主要集中在产后方面，如产品的运维与健康管理，而在产前如产线设计、产中如装配与车间物流等方面，数字孪生当前的研究仍处于起步阶段；纵观制造尺度，数字孪生的科研开发、工程应用目前集中于对单一设备、单一机床的监控，对于先进制造系统的监控却少有涉及。
[0003]经检索，公开号为CN112162519A的中国专利技术申请公开了“一种复合型机床数字孪生监控系统”，该系统涉及数字孪生
，该系统通过机床信息模块创建数字孪生监控系统，并基于OPC
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UA传输接口实现多平台、多数据、多接口通信，构建人机交互模块；多领域数据采集模块采用不同类型的传感器实时采集多源异构数据，基于信息融合技术对采集数据进行处理形成孪生数据，并转发至建模计算模块；建模计算模块通过孪生数据的驱动，结合约束、预测、决策等规则，形成复合型机床的数字孪生体；个性化决策模块通过实时重构优化机床监控孪生模型，对实体机床设备实时监控与管理。但是该专利仍存在以下问题：该专利实现的是静态的车床的状态检测，没有对设备的生产行为进行实时追踪，对于机器人这种需要实时追踪位姿的设备不再适用。
专利
技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种制造系统的数字孪生监控系统。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种制造系统的数字孪生监控系统，该系统包括：
[0006]信息物理系统，包括数据采集模块和数据传输模块，所述数据采集模块用于采集物理空间中生产系统的实时状态数据；所述数据传输模块用于传输所述实时状态数据；
[0007]数字孪生平台，用于根据所述实时状态数据构建物理空间中生产系统的实时状态到数字空间的映射，并实现生产系统的实时状态的可视化，形成监控场景。
[0008]进一步地，所述数据采集模块通过多源异构数据集成的方式采集物理空间中生产系统的实时状态数据，所述数据传输模块采用信息物理系统总线传输所述实时状态数据，使信息物理系统的多源异构数据向所述数字孪生平台开放。
[0009]进一步地，所述信息物理系统包括统一化的通信接口，使生产系统的各软硬件设备模块具有即插即用的能力。
[0010]进一步地，接入所述信息物理系统的软硬件包括信息物理系统设备与信息物理系统应用；所述信息物理系统设备用于采集制造系统的实时数据，并接收信息物理系统应用
的指令以控制物理设备；所述信息物理系统应用用于接收信息物理系统设备的实时数据进行计算与展示，并将控制指令发送至物理制造系统。
[0011]进一步地，所述物理空间中生产系统的实时状态数据来自标准件和非标准件上加装的传感器组。
[0012]进一步地，所述数字孪生平台包括映射建模模块和重构模块；所述映射建模模块用于在虚拟场景中构建物体的三维模型，通过实时状态数据驱动所述三维模型，实现制造系统数字孪生映射建模；所述重构模块通过JSON文件配置制造系统布局，实时读取JSON文件实现制造系统的构型变化，实现重构制造系统的生产过程实时监控。
[0013]进一步地，所述数字孪生平台单向接收监控服务转发的数据，所述监控服务转发的数据用于驱动虚拟场景的三维模型，同时在虚拟场景中实时更新并展示数据
[0014]进一步地，所述数字孪生平台利用三维可视化引擎生成与物理生产系统一致的三维模型并展示。
[0015]进一步地，所述三维模型包括静态数模和动态数模，所述静态数模对应于静态物体状态模型，所述动态数模对应于运动物体状态模型。
[0016]进一步地，所述数字孪生平台在三维可视化引擎中构建动态数模的驱动蓝图，基于所述驱动蓝图获取实时数据，使用所述实时数据驱动所述动态数模，实现实时映射。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0018]本专利技术首先通过信息物理系统对生产系统的实时状态数据进行采集，之后通过信息物理系统总线对实时数据进行传输，传输的数据驱动虚拟场景的三维模型，完成对生产系统的生产行为的实时映射以及对生产关键数据的可视化；而且，本专利技术能够实现对运动物体的三维状态的实时追踪，生产系统构型快速修改，使监控系统可以适应可重构系统的构型的快速更改，从而实现制造车间的全实时数字孪生三维可视化监控。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0020]图1为本专利技术实施例中信息物理系统双向信息传输框架；
[0021]图2为本专利技术实施例中信息物理系统实时数据采集过程；
[0022]图3为本专利技术实施例中UE4通过TCP Socket建立与监控服务的数据连接的示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例中基于UE4的实时数据帧解析与映射。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0025]本专利技术实施例提供一种制造系统的数字孪生监控系统，该系统包括：信息物理系统(Cyber Physical System，CPS)，信息物理系统包括数据采集模块和数据传输模块，数据采集模块用于采集物理空间中生产系统的实时状态数据；数据传输模块用于传输实时状态数据；数字孪生平台，用于根据实时状态数据构建物理空间中生产系统的实时状态到数字空间的映射，并实现生产系统的实时状态的可视化，形成监控场景。
[0026]作为一种具体的实施方式，数据采集模块通过多源异构数据集成的方式采集物理空间中生产系统的实时状态数据，数据传输模块采用信息物理系统总线传输实时状态数据，使信息物理系统的多源异构数据向数字孪生平台开放，实时状态数据通过消息帧的形式传输。信息物理系统进行多源异构数据集成，采用了CPS总线来传输孪生数据，使系统的多源异构数据向数字孪生体开放，不仅可以建立物理空间与虚拟空间的实时双向通讯，还可针对制造系统实现物理设备、虚拟设备与软件服务的热插拔。
[0027]作为一种具体的实施方式，在信息物理系统框架中，信息物理系统包括统一化的通信接口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造系统的数字孪生监控系统，其特征在于，包括：信息物理系统，包括数据采集模块和数据传输模块，所述数据采集模块用于采集物理空间中生产系统的实时状态数据；所述数据传输模块用于传输所述实时状态数据；数字孪生平台，用于根据所述实时状态数据构建物理空间中生产系统的实时状态到数字空间的映射，并实现生产系统的实时状态的可视化，形成监控场景。2.根据权利要求1所述的制造系统的数字孪生监控系统，其特征在于，所述数据采集模块通过多源异构数据集成的方式采集物理空间中生产系统的实时状态数据，所述数据传输模块采用信息物理系统总线传输所述实时状态数据，使信息物理系统的多源异构数据向所述数字孪生平台开放。3.根据权利要求1所述的制造系统的数字孪生监控系统，其特征在于，所述信息物理系统包括统一化的通信接口，使生产系统的各软硬件设备模块具有即插即用的能力。4.根据权利要求3所述的制造系统的数字孪生监控系统，其特征在于，接入所述信息物理系统的软硬件包括信息物理系统设备与信息物理系统应用；所述信息物理系统设备用于采集制造系统的实时数据，并接收信息物理系统应用的指令以控制物理设备；所述信息物理系统应用用于接收信息物理系统设备的实时数据进行计算与展示，并将控制指令发送至物理制造系统。5.根据权利要求1所述的制造系统的数字孪生监控系统，其特征在于，所述物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙贺，冷柏寒，付傲然，
申请(专利权)人：上海智能制造功能平台有限公司，
类型：发明
国别省市：