【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生，尤其是一种数字孪生车间的总装过程虚实映射方法及系统。
技术介绍
1、随着物联网、人工智能、大数据、数字孪生等信息技术的蓬勃发展，越来越多的技术渗透到制造业的各个环节之中，从根本上改变了企业的研发模式、制造方式和产业组织。越来越多的制造企业开始引入自动化产线，依靠数控机床、工业机器人等设备帮助生产。在国内，不少学者将数字孪生技术和国内生产结合起来，部分学者已经开发了基于数字孪生的三维车间可视化监控系统，但是有些系统实时性能较差，因此如何构建一个基于数字孪生的实时虚实映射具有重大意义。此外，生产车间会出现各类有关生产的要素，人员、机器、物料等等，到那时并不是所有制造资源都是需要精确建模，也并不是所有模型都需要精确把握其状态，所以有指向性的检测更有现实意义，所以只针对生产过程的监控对于减轻企业监控负载极为重要。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种数字孪生车间的总装过程虚实映射方法及系统，目的是针对车间总装过程进行检测，通过虚实映射方法，实现实时精准地映射工业机器人装配现场作业运行，实现实时监控、生产仿真等功能，提高监控效率和精确度。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，包括：
4、s1、通过通讯协议采集数字孪生车间总装过程中的各类生产数据，对采集的数据进行预处理，基于网路通信对预处理后的数据进行实时传输，以提供虚拟实体总装过程中的运动数据；所述各类生
5、s2、分析数字孪生车间总装过程中的生产状态和生产行为，根据映射规则构建基于petri网的行为逻辑模型，以描述虚拟实体总装过程中的运动规则；
6、s3、对数字孪生车间总装过程所使用的生产设备的复杂生产行为进行分解，根据生产设备和其子部件的运动学关系，用子部件的平动和旋转的复合运动代替设备整体的运动；
7、s4、基于所述行为逻辑模型、数据实时传输及所述生产设备的复杂生产行为的分解进行仿真映射，实现数字孪生车间的实时驱动。
8、进一步技术方案为：
9、步骤s3具体包括：
10、对生产设备的复杂生产行为进行数学描述：
11、
12、其中，mach.m代表生产设备的运动，n为构成生产设备的子部件数，parti代表第i个子部件的运动，translatin、rotation分别为子部件的平动运动和旋转运动；
13、对于所述平动运动，利用图像层面的像素重排法进行拆分变换，对于三维空间中任一点的位置向量p0(x0,y0,z0,1)，经过变换后的点为p1(x1,y1,z1,1)，对应的变换矩阵为：
14、
15、其中，dx、dy、dz分别代表变换前后在x、y、z三个方向的平移量；
16、对于所述旋转运动，通过欧拉角法对进行拆分变换，对于三维空间中任一点的位置向量p0(x0,y0,z0,1)，经过变换后的点为p1(x1,y1,z1,1)，对应的变换矩阵为：
17、
18、其中，θ、γ分别为x，y，z三个坐标方向的旋转角度。
19、所述基于petri网的行为逻辑模型的构建，包括：
20、确认的petri网库所及变迁；
21、将petri网与数字孪生模型结合，所述数字孪生模型包括生产设备的数字孪生模型、产品/物料的数字孪生模型。
22、所述对采集的数据进行预处理，包括：
23、对采集到的多源异构数据进行格式统一；
24、对格式统一后的数据进行数据筛选，剔除与场景映射无关的数据；
25、对采集的运动数据按需要以时间间隔区分。
26、所述基于网路通信对预处理后的数据进行实时传输，包括：
27、创建服务器端口的socket，并绑定客户端的ip和端口号；
28、对客户端ip和端口进行监听，等待客户端的远端连接；
29、客户端创建socket，与服务器进行连接；
30、在socket与服务器连接完成后，服务器将预处理好的数据发送给客户端，客户端接收数据；
31、当客户端需要终止传输数据时，可手动关闭服务器的监听状态，选择手动切断与客户端的连接，释放socket资源数据。
32、实现所述数字孪生车间的实时驱动，所采用的驱动方式包括：
33、将实时传输的运动数据根据时间间隔按帧划分；
34、逐帧调用运动脚本，利用循环每帧调用一次运动脚本内的运动控制函数进行驱动。
35、所述产品信息包括产品型号、产品技术参数、产品规格；
36、所述物料信息包括物料清单、物料数量信息、材料规格；
37、所述生产设备信息包括生产设备型号、生产技术参数、设备性能信息
38、所述设备状态信息包括运动数据。
39、本专利技术还提供一种数字孪生车间的总装过程虚实映射系统，包括：
40、数据模块，通过通讯协议采集数字孪生车间总装过程中的各类生产数据，对采集的数据进行预处理，基于网路通信对预处理后的数据进行实时传输，以提供虚拟实体总装过程中的运动数据；所述各类生产数据包括生产开始前确定的产品信息、物料信息和生产设备信息，以及生产过程中产生的设备状态信息和产品信息；
41、建模模块，其用于分析数字孪生车间总装过程中的生产状态和生产行为，根据映射规则构建基于petri网的行为逻辑模型，以描述虚拟实体总装过程中的运动规则；
42、运动分解模块，对数字孪生车间总装过程所使用的生产设备的复杂生产行为进行分解，根据生产设备和其子部件的运动学关系，用子部件的平动和旋转的复合运动代替设备整体的运动；
43、驱动模块，基于所述行为逻辑模型、数据实时传输及所述生产设备的复杂生产行为的分解进行仿真映射，实现数字孪生车间的实时驱动。
44、本专利技术的有益效果如下：
45、本专利技术处理生产过程中产生的海量数据，提高了孪生模型的实时性，充分描述了虚实映射的过程，为数字孪生车间提供数据支持，方便车间进行生产管理。
46、本专利技术提出了一种基于petri网的车间建模方法，通过对车间生产人员、物料、设备等生产要素的虚拟构建，通过分析提取工业产线中的有效信息和实际行为，能够实时精准地映射工业机器人装配现场作业运行，满足生产仿真、重要数据可视化等功能。
47、本专利技术通过对生产数据的预处理、再通过实时传输和处理，实现了生产行为的实时监控，为数字孪生车间的数据交互提供有效参考。
48、本专利技术基于物理规则的运动分解方法，通过对生产模型的运动分解，将复杂运动分解为子部件的简单运动，实现了动作的真实映射，为数字孪生车间的生产行为构建提供有效参考。...
【技术保护点】
1.一种数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
3.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述基于Petri网的行为逻辑模型的构建，包括：
4.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述对采集的数据进行预处理，包括：
5.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述基于网路通信对预处理后的数据进行实时传输，包括：
6.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，实现所述数字孪生车间的实时驱动，所采用的驱动方式包括：
7.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述产品信息包括产品型号、产品技术参数、产品规格；
8.一种数字孪生车间的总装过程虚实映射系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
3.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述基于petri网的行为逻辑模型的构建，包括：
4.根据权利要求1所述的数字孪生车间的总装过程虚实映射方法，其特征在于，所述对采集的数据进行预处理，包括：
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘庭煜，倪中华，冯展鹰，胡长明，李力力，贲可存，缪泳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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