基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备技术

本发明专利技术提供一种基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备，该方法包括：获取目标项目对应的项目文件，项目文件包括孪生设备模型与孪生设备模型之间的拓扑关系；解析项目文件，以图形化显示孪生生产线模型，得到孪生生产线；基于孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取物理设备的实时运行数据；基于实时运行数据和目标项目对应的生产线调度策略，映射孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息。也即，通过孪生生产线模型的建立、图形化编辑、实时运行数据驱动的仿真功能，构建一个通用的可视化生产线场景的生产线仿真系统，以适应不同生产需求下的场景变化，快速构建或修改可视化场景，实现在线监控功能。控功能。控功能。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备


[0001]本专利技术涉及仿真系统
，尤其涉及一种基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备。

技术介绍

[0002]全球的制造工业正在由传统自动化制造转向智能制造，随着知识融入和算法训练，更多工作通过智能技术来完成，其核心技术就是以信息物理融合系统为基础，以生产高度数字化、网络化、智能化、集成化为标志的智能自动化。智能自动化关键技术包含数字孪生，其是基于物理对象在数字空间的映射，通过实际数据训练算法，自学习得到优化方案并实现决策控制。
[0003]目前数字孪生在各领域的研究都有了不错的进展，在工业领域也展现出了巨大的应用潜力，许多学者也对相关应用进行了尝试。数字孪生技术是实现孪生生产线的理论基础，其目的主要是将生产线模型化和数字化，并通过数据的辅助实现在信息空间的精确表达和全面呈现。在孪生生产线中，数字化设备是仿真的核心，其对时间、逻辑控制都有较高的要求。所以利用数字孪生技术快速设计生产线并进行验证或对已有生产线进行改进以满足新产品制造需求，是目前企业数字化转型过程中期望的解决方案。
[0004]我国在数字孪生车间领域已有研究，但大多依托于国外的生产线数字孪生软件，制造成本高且定制化效果较弱。受到生产线对象复杂、开发难度大、互联互通协议复杂以及着眼于生产线仿真的初衷限制，少见通用的场景搭建框架和平台级的工作。因此，在面临需求变更频繁，需求响应快速的情况下，传统的定制化代码开发模式难以应对，无法适应不同的业务需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备，用以解决现有技术中数字孪生生产线的代码开发模式难以快速响应，无法适应不同业务需求的缺陷，实现面向生产线场景的数字孪生系统，通过孪生生产线模型的建立，图形化编辑、实时运行数据驱动的仿真功能，构建一个通用的可视化生产线场景的生产线仿真系统，以适应不同生产需求下的场景变化，快速构建或修改可视化场景，解决了当前制造企业所面临的生产线设计与检验问题。并与实际的物理设备通信，实现采集实时运行数据并驱动孪生生产线的运行，在线监控生产线运行的功能。
[0006]本专利技术提供一种基于数字孪生的生产线仿真方法，应用于运行系统，所述方法包括：
[0007]获取目标项目对应的项目文件，所述项目文件包括孪生设备模型与所述孪生设备模型之间的拓扑关系；
[0008]解析所述项目文件，以图形化显示所述孪生生产线模型，得到孪生生产线；
[0009]基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取
所述物理设备的实时运行数据；
[0010]基于所述实时运行数据和所述目标项目对应的生产线调度策略，映射所述孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息。
[0011]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的生产线仿真方法，所述基于所述实时运行数据和所述目标项目对应的生产线调度策略，映射所述孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息的步骤之后，所述方法还包括：
[0012]基于所述在线监控信息，分析所述孪生生产线的运行指标数据；
[0013]获取所述目标项目的预设运行需求；
[0014]基于所述运行指标数据与所述预设运行需求，验证所述孪生生产线的设计合理性。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的生产线仿真方法，所述基于所述运行指标数据与所述预设运行需求，验证所述孪生生产线的设计合理性的步骤，包括：
[0016]当所述运行指标数据不符合所述预设运行需求时，根据所述实时运行数据、所述在线监控信息确定调试信息，以供建模系统基于所述调试信息更新所述项目文件，所述调试信息包括新的孪生设备模型与新的拓扑关系；
[0017]获取更新后的项目文件，重新执行所述解析所述项目文件的步骤，直至更新后的孪生生产线符合所述预设运行需求，得到目标孪生生产线。
[0018]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的生产线仿真方法，所述基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取所述物理设备的实时运行数据的步骤，包括：
[0019]基于OPC UA协议建立OPC UA客户端、数据解析接口、数据采集接口，通过所述数据解析接口将用户编辑的数据采集项转换为所述OPC UA协议可读的数据节点；
[0020]建立所述孪生设备模型对应的所述OPC UA客户端与所述物理设备端内置的OPC UA服务器通信连接；
[0021]通信连接成功后，创建数据采集线程，通过数据采集接口实时读取所述物理设备的数据项的实时运行数据。
[0022]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的生产线仿真方法，所述物理设备包括实体设备与仿真设备。
[0023]根据本专利技术提供的一种基于数字孪生的生产线仿真方法，应用于建模系统，所述方法包括：
[0024]当所述建模系统中存在设备模板文件时，基于目标项目和所述设备模板文件，生成孪生设备模型；
[0025]根据所述目标项目的工艺流程顺序依次连接所述孪生设备模型，经过拓扑排序确定所述孪生设备模型之间的拓扑关系；
[0026]基于所述孪生设备模型与所述孪生设备模型之间的拓扑关系，创建项目文件，所述项目文件用于在运行系统中重绘孪生生产线模型。
[0027]本专利技术还提供一种基于数字孪生的生产线仿真装置，包括：
[0028]文件获取模块，用于获取目标项目对应的项目文件，所述项目文件包括孪生设备模型与所述孪生设备模型之间的拓扑关系；
[0029]文件解析模块，用于解析所述项目文件，以图形化显示所述孪生生产线模型，得到孪生生产线；
[0030]数据获取模块，用于基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取所述物理设备的实时运行数据；
[0031]仿真运行模块，用于基于所述实时运行数据和所述目标项目对应的生产线调度策略，映射所述孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息。
[0032]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于数字孪生的生产线仿真方法。
[0033]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于数字孪生的生产线仿真方法。
[0034]本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于数字孪生的生产线仿真方法。
[0035]本专利技术提供的基于数字孪生的生产线仿真方法及其相关设备，获取目标项目对应的项目文件，所述项目文件包括孪生设备模型与所述孪生设备模型之间的拓扑关系；解析所述项目文件，以图形化显示所述孪生生产线模型，得到孪生生产线；基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取所述物理设备的实时运行数据；基于所述实时运行数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的生产线仿真方法，其特征在于，应用于运行系统，所述方法包括：获取目标项目对应的项目文件，所述项目文件包括孪生设备模型与所述孪生设备模型之间的拓扑关系；解析所述项目文件，以图形化显示所述孪生生产线模型，得到孪生生产线；基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取所述物理设备的实时运行数据；基于所述实时运行数据和所述目标项目对应的生产线调度策略，映射所述孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的生产线仿真方法，其特征在于，所述基于所述实时运行数据和所述目标项目对应的生产线调度策略，映射所述孪生生产线的生产加工过程，得到在线监控信息的步骤之后，所述方法还包括：基于所述在线监控信息，分析所述孪生生产线的运行指标数据；获取所述目标项目的预设运行需求；基于所述运行指标数据与所述预设运行需求，验证所述孪生生产线的设计合理性。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的生产线仿真方法，其特征在于，所述基于所述运行指标数据与所述预设运行需求，验证所述孪生生产线的设计合理性的步骤，包括：当所述运行指标数据不符合所述预设运行需求时，根据所述实时运行数据、所述在线监控信息确定调试信息，以供建模系统基于所述调试信息更新所述项目文件，所述调试信息包括新的孪生设备模型与新的拓扑关系；获取更新后的项目文件，重新执行所述解析所述项目文件的步骤，直至更新后的孪生生产线符合所述预设运行需求，得到目标孪生生产线。4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的生产线仿真方法，其特征在于，所述基于所述孪生生产线中各节点的孪生设备模型与物理设备之间的通信连接，获取所述物理设备的实时运行数据的步骤，包括：基于OPC UA协议建立OPC UA客户端、数据解析接口、数据采集接口，通过所述数据解析接口将用户编辑的数据采集项转换为所述OPC UA协议可读的数据节点；建立所述孪生设备模型对应的所述OPC UA客户端与所述物理设备端内置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高连生，马思敏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：