一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法技术方案

本发明专利技术涉及智慧建造技术领域，尤其涉及一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，包括，约定数字孪生建造与产品驱动的数字孪生建造系统工程的内涵与边界；构建基于模型的产品系统工程方法论；设计基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程总体架构；设计并实现产品数字孪生；建立基于模型嵌套的数字孪生建造系统工程模型；实现数字孪生建造系统工艺流程建模开发实现数字孪生建造系统工程

【技术实现步骤摘要】
一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法


[0001]本专利技术涉及智慧建造
，尤其涉及一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法
。

技术介绍

[0002]在设计一个系统特别是像绿色智慧建造这样的复杂大系统时，首先需要进行系统分析
(SA)。
复杂系统的建模
、
仿真
、
开发
、
应用
、
评价需要建立在科学合理的方法论基础上
。
系统工程越来越多地用于研究社会经济的发展战略和组织管理问题，涉及的人
、
信息和社会等因素相当复杂
。
[0003]尽管系统工程已经在诸多领域取得了成功应用，但在智慧建造领域的深度应用尚处于空白状态
。
由于没能够很好的将系统工程方法引入到建造领域，导致随着建造工程复杂度的增加，管理复杂度也呈现急剧增加趋势，以至于浪费大量人力物力
。
人工智能相关理论和技术与建造系统工程没有恰当融合，导致建造过程管理的智能化程度较低
。
[0004]传统建筑产品制造车间的生产方式具有以下局限和不足：缺乏对制造过程中物理空间数据与信息空间数据的集成与管理；数据零散且无法构成流转闭环，更无法建立精准的智能控制系统模型；产品制造过程与工程建造过程缺乏有效平顺衔接
。
因此，应建立以建造大数据为线索的数字孪生产品制造体系
。
产品制造数字孪生覆盖产品全生命周期与全价值链，包含基础材料
、
设计
、
工艺
、
制造以及使用维护全部环节，为产品建立一个数字化的全生命周期档案，为建造全过程质量追溯和产品研发的持续改进奠定数字基础

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，用以克服现有技术中的智能建造系统工程模型不完整
、
不统一问题
。
实现以标准化产品模型为纽带的建造过程统一管理，避免建造过程中的信息误传
、
歧义，实现建造全流程信息的完备性和一致性
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1，约定数字孪生建造与产品驱动的数字孪生建造系统工程的内涵与边界
。
[0008]步骤2，构建基于模型的产品系统工程
(MBPSE)
方法论；
[0009]步骤3，设计基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程总体架构；
[0010]步骤4，设计并实现产品数字孪生；
[0011]步骤5，建立基于模型嵌套的数字孪生建造系统工程模型；
[0012]步骤6，实现数字孪生建造系统工艺流程建模；
[0013]步骤7，开发实现数字孪生建造系统工程
。
[0014]进一步地，在所述步骤1中提出数字孪生建造和产品驱动的数字孪生建造系统工程的定义
。
[0015]进一步地，在所述步骤3中，设计基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程总体架构，以及基于模型的数字孪生建造系统工程流程
(DTCMBSE)
的双
V
模型
。
[0016]进一步地，在所述步骤4中，设计并实现产品数字孪生，通过数字孪生构建虚拟生产线，将产品本身的数字孪生同生产设备
、
生产过程
、
生产环境相关形态的多模型数字孪生进行高度集成，从而完成以工厂大数据为主线的高度协作，实现数字孪生技术对产品创新策划
、
设计
、
加工制造
、
装配
、
测试，到产品营销
、
售后服务
、
客户关系管理
、
仓库物流供应链
、
报废处理的全生命周期各个阶段的调控
。
[0017]进一步地，在所述步骤5中，所述系统工程模型分为四个基本层级，分别为
L1、L2、L3、L4
，其中，
[0018]L1
的定义为元元模型；
[0019]L2
的定义为元模型；
[0020]L3
的定义为特定领域模型
(
如：建筑机器人
)
；
[0021]L4
的定义为系统模型
(
如：建造现场
)。
[0022]对各基本层级的模型进行嵌套，按照系统工程视角，由微观到宏观的建立多层级尺度模型，上一层模型对下一层模型是包容关系
。
[0023]进一步地，在所述步骤5中，数字孪生建造系统的模型类型包括八类，分别为建筑信息模型
、
机电模型
、
信息模型
、
系统架构模型
、
场景模型
、
行为模型
、
仿真模型和测试模型；数字孪生建造系统模型通过模型集成增加系统耦合度，降低信息重复度
。
[0024]进一步地，在所述步骤6中，引入流程管理软件机器人，将所述流程管理软件机器人部署运行在工艺流程线上；
[0025]所述流程管理软件机器人能够实现故障发现
、
流程自动纠错
、
冗余备份
、
并行接通
、
趋势研判的相关功能，其中，并行接通流程功能能够增加系统的可靠性
。
[0026]进一步地，在所述步骤6中，设置有流程管理软件机器人可靠度计算公式：
[0027][0028]式中，
[0029]k
为所述建造系统的子系统组成个数，
i
＝1，2，
...
，
k
；
[0030]R'
i
为第
i
个子系统的可靠度；
[0031]R
为整个建造系统的可靠度；
[0032]t
i
为建造系统需要第
i
个子系统工作的时间；
[0033]p
i
第
i
个子系统的故障
(
或突发事件扰动
)
引起系统发生故障
(
系统瘫痪
)
的概率；
[0034]θ
i
第
i
个子系统的平均寿命
(
或平均无故障工作时间
)。
[0035]进一步地，在所述步骤7中，开发实现数字孪生建造系统工程的步骤包括，车间级数字孪生，工厂级数字孪生，现场级数字孪生
。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，通过本专利技术的实施，可使建造工程得到更加系统性
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，分别定义数字孪生建造与产品驱动的数字孪生建造系统工程的内涵，并明确数字孪生建造系统工程全生命周期的边界；步骤2，构建基于模型的产品系统工程方法论；步骤3，设计基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程总体架构；步骤4，设计并实现产品数字孪生；步骤5，建立基于模型嵌套的数字孪生建造系统工程模型；步骤6，实现数字孪生建造系统工艺流程建模；步骤7，开发实现数字孪生建造系统工程
。2.
根据权利要求1所述的基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，其特征在于，在所述步骤1中提出数字孪生建造和产品驱动的数字孪生建造系统工程的定义
。3.
根据权利要求1所述的基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，其特征在于，在所述步骤3中，设计基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程总体架构，以及基于模型的数字孪生建造系统工程流程的双
V
模型
。4.
根据权利要求1所述的基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，其特征在于，在所述步骤4中，设计并实现产品数字孪生，通过数字孪生构建虚拟生产线，将产品本身的数字孪生同生产设备
、
生产过程
、
生产环境相关形态的多模型数字孪生进行高度集成，完成以工厂大数据为主线的高度协作，实现数字孪生技术对产品创新策划
、
设计
、
加工制造
、
装配
、
测试，到产品营销
、
售后服务
、
客户关系管理
、
仓库物流供应链
、
报废处理的全生命周期各个阶段的调控
。5.
根据权利要求1所述的基于产品全生命周期的数字孪生建造系统工程方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述系统工程模型分为四个基本层级，分别为
L1、L2、L3、L4
，其中，
L1
的定义为元元模型；
L2
的定义为元模型；
L3
的定义为特定领域模型；
L4
的定义为系统模型；对各基本层级的模型进行嵌套，按照系统工程...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜明芳，
申请(专利权)人：杜明芳，
类型：发明
国别省市：