复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法及系统，该方法包括：对复杂装备制造过程进行统一表征，包括车间要素的表征、生产关系的表征、物流关系的表征；利用统一表征后的车间要素、生产关系、物流关系对复杂装备制造过程进行逻辑建模，并在逻辑建模构建的逻辑模型基础上进行仿真运行。本发明专利技术研究了基于离散事件系统的车间仿真建模，以及面向数字孪生的车间制造执行过程仿真架构，并根据复杂装备制造执行过程仿真需求设计了仿真调度策略与算法，解决了复杂装备制造阶段仿真难的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法及系统


[0001]本专利技术属于数字孪生
，尤其涉及一种面向数字孪生的复杂装备制造过程虚拟重构和仿真运行的方法及系统。

技术介绍

[0002]数字孪生是充分利用物理模型、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。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
[0003]而复杂装备是指结构复杂零部件众多机械设备如高铁、盾构机等。
[0004]数字孪生是未来十大战略技术趋势之一，为当前制造业的创新和发展提供了新的理念和工具，为复杂动态系统的信息物理融合提供了实施途径，将复杂装备创新、制造效率和运维水平提升至一个新的高度。其中制造过程是复杂装备形成的关键环节，制造过程的质量一方面反映了产品设计的优劣，另一方面也为产品的运维产生重要影响。为此，需要在制造阶段研究如何基于数字孪生实现产品制造的高质量、高效率进行。
[0005]复杂装备制造过程的虚拟重构和仿真运行是数字孪生的重要一环。而复杂装备制造过程和环境十分复杂，涉及人、机、料、法、环等多因素，以及设备运行参数、工艺信息、测试信息、仿真数据等多元数据，为制造阶段的产品以及制造过程数字孪生模型的构建带来了巨大挑战。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法及系统，面向数字孪生对复杂装备制造过程进行虚拟重构和仿真运行。
[0007]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为采用一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，包括：
[0008]对复杂装备制造过程进行统一表征，包括车间要素的表征、生产关系的表征、物流关系的表征；
[0009]利用统一表征后的车间要素、生产关系、物流关系对复杂装备制造过程进行逻辑建模，并在逻辑建模构建的逻辑模型基础上进行仿真运行。
[0010]作为一种改进，对复杂装备制造过程中的车间要素进行统一表征的方法包括：
[0011]将车间要素表征为控制器，用于对各类控制系统、设备或决策人员进行映射，为系统运行提供决策服务；
[0012]处理器，用于对各种加工设备进行映射，在生产任务驱动下为工件提供操作相关服务；
[0013]执行器，用于对各种物流设备进行映射，在物流任务驱动下基于物流调度规则为工件提供物流转运服务；
[0014]缓存器，用于对各类缓存和仓储设备进行映射，为工件提供临时或者长期仓储服务；
[0015]流动实体，用于对工件进行映射，接收处理器、执行器和缓存器的服务；
[0016]物流路径，用于对物流关系进行映射；
[0017]虚拟服务节点，用于对生产组织关系、物流关系和生产逻辑进行映射。
[0018]作为一种进一步的改进，对复杂装备制造过程中的生产关系进行统一表征的方法包括：
[0019]利用统一表征的车间元素组合成服务单元，所述服务单元包括无输入缓冲站型、无输出缓冲站型、无缓冲站型及无内部执行器型；
[0020]利用服务单元组合成生产关系。
[0021]作为另一种更进一步的改进，对复杂装备制造过程中的物流关系进行统一表征的方法包括：
[0022]构建物流路径网络模型来描述物流关系，所述物流路径网络模型为
[0023]LPN＝＜G，E_Set，VSN_Set＞
[0024]其中，LPN为物流路径网络模型，E_Set为执行器集，VSN_Set为虚拟服务节点集，G＝(V,E',W)为无向图，包括顶点集V,边集E',以及边的权重W
ij
＝Distance(V
i
,V
j
)；
[0025]基于物流路径网络模型进行路径规划，具体为从物流路径网络集中取初始点O
i
(x
i
,y
i
)和目标点O
j
(x
j
,y
j
)，获取从O
i
到O
j
的一条最短物流路径LP(O
i
,O
j
)；
[0026]基于物流路径网络模型进行物流调度，具体为根据车间物流路径网络集和物流任务T＝{F：O
i
→
O
j
}，若要将待搬运物F从点O
i
运输到点O
j
；获取执行该物流任务T运输距离最短的执行器E(O)。
[0027]作为一种改进，所述对复杂装备制造过程进行逻辑建模，并在逻辑建模构建的逻辑模型基础上进行仿真运行的方法包括：
[0028]生成复杂装备制造过程的逻辑仿真模型；
[0029]利用仿真调度策略实现逻辑仿真模型的运行；
[0030]收集并分析仿真数据。
[0031]作为一种改进，所述生成复杂装备制造过程的逻辑仿真模型的方法包括：
[0032]解析生产任务，将所有工件映射为流动实体集，具体为若有n个待加工工件将在m个服务单元SCs上接收服务，将每个待加工工件映射为一个流动实体F，则可以生成流动实体集F_Set＝{F
i
|1≤i≤n}；
[0033]解析工艺信息，将工艺信息关联到流动实体集中相应的流动实体，具体为令Ji
＝
{O
ij
|1≤j≤l
i
}表示F
i
的任务，其中，l
i
为J
i
的操作数；O
ij
＝<S
k
,TS
ij
,TP
ij
,TC
ij
>为J
i
的第j项操作，其中，S
k
表示O
ij
由第k个服务单元完成(1≤k≤m)，TS
ij
，TP
ij
，TC
ij
分别表示O
ij
的开始时刻、服务时长和完成时刻，则生成任务集J_Set＝{J
i
|1≤i≤n}；
[0034]解析调度方案，将调度方案关联到流动实体集中相应的流动实体，具体为令为指向J
i
的当前操作，其范围为操作O
i1
到当超出范围指向的下一项操作时，则将F
i
从F_Set中被移除；当F_Set为空时，仿真结束。
[0035]作为一种改进，所述利用仿真调度策略实现逻辑仿真模型的运行的方法包括：
[0036]仿真初始化，获得仿真开始时间、仿真倍率以及仿真步长；
[0037]仿真进程推进，令布尔型变量作为仿真结束的判断标识，当所述布尔型变量为真时，仿真结束；否则在仿真步长内完成一次所有流动实体进程的遍历和推进，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在于包括：对复杂装备制造过程进行统一表征，包括车间要素的表征、生产关系的表征、物流关系的表征；利用统一表征后的车间要素、生产关系、物流关系对复杂装备制造过程进行逻辑建模，并在逻辑建模构建的逻辑模型基础上进行仿真运行。2.根据权利要求1所述的一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在于对复杂装备制造过程中的车间要素进行统一表征的方法包括：将车间要素表征为控制器，用于对各类控制系统、设备或决策人员进行映射，为系统运行提供决策服务；处理器，用于对各种加工设备进行映射，在生产任务驱动下为工件提供操作相关服务；执行器，用于对各种物流设备进行映射，在物流任务驱动下基于物流调度规则为工件提供物流转运服务；缓存器，用于对各类缓存和仓储设备进行映射，为工件提供临时或者长期仓储服务；流动实体，用于对工件进行映射，接收处理器、执行器和缓存器的服务；物流路径，用于对物流关系进行映射；虚拟服务节点，用于对生产组织关系、物流关系和生产逻辑进行映射。3.根据权利要求1所述的一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在于对复杂装备制造过程中的生产关系进行统一表征的方法包括：利用统一表征的车间元素组合成服务单元，所述服务单元包括无输入缓冲站型、无输出缓冲站型、无缓冲站型及无内部执行器型；利用服务单元组合成生产关系。4.根据权利要求1所述的一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在于对复杂装备制造过程中的物流关系进行统一表征的方法包括：构建物流路径网络模型来描述物流关系，所述物流路径网络模型为LPN＝<G，E_Set，VSN_Set>其中，LPN为物流路径网络模型，E_Set为执行器集，VSN_Set为虚拟服务节点集，G＝(V,E',W)为无向图，包括顶点集V,边集E',以及边的权重W
ij
＝Distance(V
i
,V
j
)；基于物流路径网络模型进行路径规划，具体为从物流路径网络集中取初始点O
i
(x
i
,y
i
)和目标点O
j
(x
j
,y
j
)，获取从O
i
到O
j
的一条最短物流路径LP(O
i
,O
j
)；基于物流路径网络模型进行物流调度，具体为根据车间物流路径网络集和物流任务T＝{F：O
i
→
O
j
}，若要将待搬运物F从点O
i
运输到点O
j
；获取执行该物流任务T运输距离最短的执行器E(O)。5.根据权利要求1所述的一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在于所述对复杂装备制造过程进行逻辑建模，并在逻辑建模构建的逻辑模型基础上进行仿真运行的方法包括：生成复杂装备制造过程的逻辑仿真模型；利用仿真调度策略实现逻辑仿真模型的运行；收集并分析仿真数据。6.根据权利要求5所述的一种复杂装备制造过程虚拟重构与仿真运行方法，其特征在
于所述生成复杂装备制造过程的逻辑仿真模型的方法包括：解析生产任务，将所有工件映射为流动实体集，具体为若有n个待加工工件将在m个服务单元SCs上接收服务，将每个待加工工件映射为一个流动实体F，则可以生成流动实体集F_Set＝{F
i
|1≤i≤n}；解析工艺信息，将工艺信息关联到流动实体集中相应的流动实体，具体为令J
i
＝{O
ij
|1≤j≤l
i
}表示F
i
的任务，其中，l
i
为J
i
的操作数；O
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＝<S
k
,TS
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,TP
ij
,TC
ij
>为J
i
的第j项操作，其中，S
k
表示O
ij
由第k个服务单元完成(1≤k≤m)，TS
ij
，TP
ij
，TC
ij
分别表示O
ij
的开始时刻、服务时长和完成时刻，则生成任务集J_Set＝{J
i
|1≤i≤n}；解析调度方案，将调度方案关联到流动实体集中相应的流动实体，具体为令为指向J
i
的当前操作，其范围为操作O
i1
到当超出范围指向的下一项操作时，则将F
i
从F_Set中被...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁国富，谢家翔，郑庆，张海柱，付建林，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：