一种基于数字孪生的生产仿真管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的生产仿真管理系统及方法，包括：组网模块、任务分配模块、运行调整模块、模型汇总模块和结果反馈模块；组网模块用于构建计算机运算网络，代替专业设备进行仿真建模，任务分配模块用于接收建模任务，将任务拆分为多个流程，并对流程进行分配，运行调整模块用于接收原始数据，对原始数据进行分配，在所有数据分配完毕后进行仿真运算，模型汇总模块用于对仿真结果进行汇总和拼接，结果反馈模块用于在任务结束后调整网络中各计算机的分配权重，本发明专利技术能够减少用户在数字建模的过程中的人力和物力投入，使建模过程更加高效，同时满足用户个性化的建模需求。同时满足用户个性化的建模需求。同时满足用户个性化的建模需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的生产仿真管理系统及方法


[0001]本专利技术涉及数据孪生
，具体为一种基于数字孪生的生产仿真管理系统及方法。

技术介绍

[0002]数字孪生技术是一种将现实中的物理实体或系统与其数字化建模相结合的技术，其核心是建立物理实体的数字模型，在制造业、物流运输、能源管理、城市规划等领域都发挥着重要作用，为企业提供了更好的预测、分析和决策能力，有助于提高生产效率、降低成本，并促进创新和可持续发展。
[0003]企业在生产过程中使用数字孪生技术时，首先需要对生产流程进行建模，但对于一些生产工艺复杂的企业来说，需要建模的数据十分庞大，普通计算机的运算能力往往不能满足大量建模的要求。而专业的建模计算机非常昂贵，维修和保养也是一笔不小的开支，如果设备在建模过程中发生故障，还会中断建模流程，为企业带来损失。
[0004]此外，一些企业的各个生产部门之间相距甚远，由于通信距离的限制，各部门间信息传输不畅，导致生产数据难以汇总，核心建模设备在进行仿真时容易因为原始数据缺失而产生建模缓慢和模型失真的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于数字孪生的生产仿真管理系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数字孪生的生产仿真管理系统，包括：组网模块、任务分配模块、运行调整模块、模型汇总模块和结果反馈模块；
[0007]组网模块用于将多台计算机联系在一起，构成计算机运算网络，代替单一设备进行仿真建模，并测试网络的可靠性；
[0008]任务分配模块用于接收用户输入的建模任务，将任务拆分为多个流程，并根据每一台计算机的权重对流程进行分配；
[0009]运行调整模块用于接收各部门发来的原始数据，将其按任务流程拆分后发送给对应计算机，当所有原始数据就绪后进行仿真运算；在计算机运行过程中，空闲计算机接收繁忙计算机的一部分任务流程进行仿真计算，以提高计算机网络的整体速度；
[0010]模型汇总模块用于收集各计算机的仿真结果，对仿真结果进行汇总和拼接，输出完整的仿真模型；
[0011]结果反馈模块用于根据各台计算机的运算速度，对每一台分机的运算权重进行调整，后再次进行建模任务时，总机将根据每一台分机的调整后的权重分配任务流程；
[0012]进一步的，组网模块包括：总机单元、分机单元和网络连接单元；
[0013]总机单元用于管理网络中所有的分机，负责任务的拆分与流程的分配，能够对分
机的仿真结果进行汇总，并将仿真结果合并；
[0014]分机单元用于模型的仿真运算与数据的传输，与总机一同组成计算机网络，代替单一设备进行仿真建模，接收总机分配的任务，并将运算结果进行上传；
[0015]网络连接单元用于发送测试数据包，测试分机与总机之间链路的可靠性，当所有分机与总机间的链路均可用时，向总机发送链接成功的信号；
[0016]本专利技术采用多台计算机构成的运算网络替代专业的建模设备，能够为企业节省采购专业建模设备的开支，减少用户在数字建模的过程中的人力和物力投入；
[0017]进一步的，任务分配模块包括：任务接收单元、任务拆分单元和流程分配单元；
[0018]任务接收单元用于接收用户输入的建模任务，根据模型的大小与精细程度，计算建模任务的数据量与最小流程的数据量；
[0019]任务拆分单元用于根据计算出的任务数据量与最小流程数据量，将建模任务拆分为多个单位流程；
[0020]流程分配单元用于根据每一台分机的权重，计算每一台分机的流程分配数量，将对应数量的流程分配给各计算机，直到流程全部分配完毕；
[0021]本专利技术由总机统一分配任务，多流程同时运作的方式节省了建模时间，使建模过程更加高效；
[0022]进一步的，运行调整模块包括：数据接收单元、仿真运算单元和流程调整单元；
[0023]数据接收单元用于接收各部门发送的生产数据，总机将数据拆分后，分配给各分机；当建模任务所需的所有信息全部就绪后，总机发出运算命令；
[0024]仿真运算单元用于接收总机发来的到运算命令后，分机开始对各自任务流程进行仿真运算，输出仿真运算结果；
[0025]流程调整单元用于当一台分机完成自身运算任务后，将其标记为空闲计算机，并检测网络中是否存在尚未完成任务的计算机，若网络中存在这样的计算机，则将所有未完成任务的计算机标记为繁忙计算机，根据繁忙计算机的数据量和空闲计算机的运行速度，在繁忙计算机尚未完成的任务流程中拆分出一部分交付空闲计算机进行运算，若不存在这样的计算机，则发出运算完毕信号；
[0026]本专利技术通过分布式的计算机网络，能够在较大范围内收集生产数据，减少了由于各部门间通信不畅造成的数据缺失现象，同时在运算过程中根据不同计算机的运算情况，对其工作任务进行调整，提高建模速度；
[0027]进一步的，模型汇总模块包括：流程汇总单元和模型拼接单元；
[0028]流程汇总单元用于接收到运算完毕信号后，所有分机将仿真结果发送给总机，由总机按流程的编号对仿真结果进行汇总与排序；
[0029]模型拼接单元用于合并排序后的仿真结果，对仿真结果中的模型数据进行拼接，输出仿真后的模型，完成建模任务；
[0030]本专利技术能够对模型进行拼接，达到与专业设备相同的建模效果；
[0031]进一步的，结果反馈模块包括：权重计算单元和权重调整单元；
[0032]权重单元用于在任务结束后，根据各分机的仿真情况，计算每一台分机的权重调整值；
[0033]系数调整单元用于根据计算出的权重调整值，调整分机的分配权重，此后再次进
行建模任务时，总机将根据每一台分机的调整后的权重分配任务流程；
[0034]本专利技术能够根据计算机的历史运算结果，分析每一台计算机的运算能力，对流程的分配情况进行自适应调整，提高系统多次工作时的效率，以达到不同用户个性化、差异化的建模需求；
[0035]一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，包括以下步骤：
[0036]S100.将多台分布在不同地点的计算机进行组网，选出其中一台计算机作为总机，保证其他计算机与总机的连接，总机用于任务分配与模型的最终输出，其余计算机作为分机，用于对模型的运算与数据的传输，组网完毕后对传输链路进行测试；
[0037]S200.用户将建模任务输入在步骤S100中建立的计算机网络，总机接收到任务后，总机对输入的任务进行分析，在虚拟环境中搭建一个模型框架，将建模任务拆分成多个流程，每一个流程对应框架中的一部分模型实体，根据网络中每一个分机的权重，将拆分出来的流程编号后分配给对应的分机，进入步骤S300；
[0038]S300.网络中的一台计算机接收到一个生产部门发来的生产数据后，保留自身运算流程所需的数据后，其余数据上传到总机，总机将数据拆分后，分配给其余分机；当建模任务所需的所有信息全部就绪后，总机发出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100.将多台分布在不同地点的计算机进行组网，选出其中一台计算机作为总机，保证其他计算机与总机的连接，总机用于任务分配与模型的最终输出，其余计算机作为分机，用于对模型的运算与数据的传输，组网完毕后对传输链路进行测试；S200.用户将建模任务输入在步骤S100中建立的计算机网络，总机接收到任务后，总机对输入的任务进行分析，在虚拟环境中搭建一个模型框架，将建模任务拆分成多个流程，每一个流程对应框架中的一部分模型实体，根据网络中每一个分机的权重，将拆分出来的流程编号后分配给对应的分机，进入步骤S300；S300.网络中的一台计算机接收到一个生产部门发来的生产数据后，保留自身运算流程所需的数据后，其余数据上传到总机，总机将数据拆分后，分配给其余分机；当建模任务所需的所有信息全部就绪后，总机发出运算命令，分机对步骤S200中分配的任务流程进行仿真运算；S400.当一台分机完成步骤S200中分配的任务流程的仿真任务后，总机将该计算机标记为空闲计算机，并依次检测网络中是否存在其他尚未完成任务的计算机，将所有未完成任务的计算机均标记为繁忙计算机，根据繁忙计算机的数据量和空闲计算机的运行速度，在每一台繁忙计算机尚未完成的任务流程中都拆分出一部分交付空闲计算机进行运算，所有计算机均完成计算后，则总机发出运算完毕指令，将各分机的运算数据交付步骤S500；S500.接收到运算完毕指令后，分机将其仿真后的数据上传到总机，总机接收到各计算机的仿真结果，按流程编号将仿真结果进行排列，将对应编号的模型实体填充进模型框架中对应编号的位置，模型框架中的所有位置填充完毕后，将模型进行合并，输出仿真后的模型；S600.对输出的模型进行测试，计算每一个模型实体与现实实体的相似度，根据各分机的运算速度与流程对应模型实体的相似度，对每一台分机的运算权重进行调整，此后再次进行建模任务时，总机将根据每一台分机的调整后的权重分配任务流程。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，其特征在于：步骤S100包括：步骤S101.需要进行建模任务前，将多个计算机相互链接，组成分布式网络，选出位于输出端口的一台计算机，将其标记为总机，用于任务分配与模型的最终输出，其余计算机标记为分机，用于对建模任务的仿真运算，并对分机进行编号，分机的数量记为n，n为大于1的正整数；步骤S102.从总机向每一个分机发送测试数据包，测试网络的稳定性，保证所有分机与总机的链接，若存在无法链接到总机的分机，则转到步骤S101重新进行组网，若网络链接通畅，则代表组网成功。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，其特征在于：步骤S200包括：步骤S201.用户在计算机网络中输入建模任务后，总机接收到该任务，总机对输入的任务进行分析，在虚拟环境中搭建一个模型框架，并预估该任务的数据量C1，根据任务设置的建模精细程度a和分机的数量n，将建模任务拆分为m个单位流程，每一个单位流程对应框架中的一部分单位模型实体，所述m＝a*n，其中a与n均为大于1的正整数；
步骤S202.根据分机的权重为每一台分机分配流程，按以下公式计算当前分机所要分配的单位流程数量K：其中，i为分机的编号，ri为第i台分机的权重，rj为当前分机的权重，m为单位流程的数量，所述ri和rj均大于0，此外，当计算出的K值不为正整数时，对K值进行近似取整，使所有分机的单位流程数量K相加与流程总数量m相等。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，其特征在于：步骤S300包括：步骤S301.计算机网络开始获取各部门的原始数据，当一台计算机接收到一个生产部门发来的生产数据后，保留自身运算流程所需的数据后，其余数据上传到总机；总机将上传到的数据进行拆分后，根据每一台分机所分配的流程，将生产数据分配给对应的分机；步骤S302.当一台分机接收到进行仿真运算所需的所有信息后，向总机发出就绪信号，当网络中所有分机全部发出就绪信号后，总机将发出运算命令，分机对步骤S200中分配的任务流程进行仿真运算。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产仿真管理方法，其特征在于：步骤S400包括：步骤S401..当一台分机完成步骤S200中分配的任务流程的仿真任务后，总机将该计算机标记为空闲计算机，并依次检测网络中是否存在其他尚未完成任务的计算机，将所有未完成任务的计算机标记为繁忙计算机，转到步骤S402，所有计算机均完成计算后，则总机发出运算完毕指令；步骤S402.根据每一台繁忙计算机的数据量和空闲计算机的运算时间，按以下公式计算单位流程拆分数量T：其中，K3代表繁忙计算机尚未完成的单位流程数量，K1代表空闲计算机已完成的单位流程数量，K2代表繁忙计算机已完成的单位流程数量，T不为整数时，将T向下取整；在繁忙计算机尚未完成的任务流程中拆分出T个单位流程，交付空闲计算机进行运算；在步骤S5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树林，
申请(专利权)人：南京风荧网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：