(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010831244.X
(22)申请日 2020.08.18
(71)申请人 江苏大学
地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路
301号
(72)发明人 王文波 顾寄南 荆彩霞 彭伟
陆福东
(51)Int.Cl.
G05B 19/418(2006.01)
(54)发明名称
与系统
(57)摘要
本发明提供了一种智能制造车间数字孪生
模型构建方法与系统，包括：步骤1：在智能制造
进行深度融合与分析，形成制造车间实时数据
库；步骤2：基于实时制造数据与跨领域制造过程
专家知识，构建制造系统语义知识库；步骤3：基
于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，
构建出智能车间的数字孪生模型。本发明旨在解
决现有数字孪生模型构建过程中存在的制造资
源建模不全面、
制造系统建模不聚合的问题。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 112462696 A 2021.03.09
C N 112462696
A
1.一种智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，包括：
步骤1：在智能制造车间中配置传感设备，采集制造现场生产数据并进行深度融合与分析，形成制造车间实时数据库；
步骤2：基于实时制造数据与跨领域制造过程专家知识，构建制造系统语义知识库；
步骤3：基于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，构建出智能车间的数字孪生模型。
2.根据权利要求1所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
步骤1.1：依据数字孪生模型建模与车间生产管理需求，形成制造现场数据采集目标；
步骤1.2：依据信息采集需求，选择并配置合适的智能采集与信息交互设备；
步骤1.3：通过配置好的信息采集与交互网络，实现对生产现场原始数据的采集，并对原始制造数据进行预处理；
步骤1.4：对制造数据进行增值分析与深度融合；
步骤1.5：对深度融合后的制造数据进行分类处理，形成关键制造过程数据库，并将制造车间实时数据库中的制造信息存储为虚拟空间可用的文件格式。
3.根据权利要求1所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤1.1中，数字孪生模型建模过程需要的数据为多维度信息，包含制造资源的几何、物理、位置、状态；车间生产管理过程需要采集的数据包含生产任务加工进度、生产物料的准备情况、生产设备的运转情况。
4.根据权利要求1所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
步骤2.1：基于制造系统的不同层级结构，将制造系统制造信息转变为多层次事件模型；
步骤2.2：对制造车间进行调研，得到制造车间内部跨领域的员工或专家的生产知识；
步骤2.3：基于步骤2.1得到的多层次制造事件模型和步骤2.2得到的跨领域员工或专家知识，形成制造车间的语义知识库，并用本体论方法存储起来，以供后续数字孪生模型的顺利调用。
5.根据权利要求4所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤2.1中的多层次事件模型为三层结构，分别为制造资源层事件、单元层事件和智能车间层事件，其中，所述制造资源层事件包含加工设备的运行活动或运行状态的事件，所述单元层事件指的是加工过程重要活动的事件，所述智能车间层事件指车间内部生产任务执行或生产设备运行的事件。
6.根据权利要求4所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述跨领域的员工或专家的生产知识包括生产计划、机加过程、装配过程、检测过程与物流方面的知识。
7.根据权利要求4所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述制造车间的语义知识库包括生产工艺知识库、产品设计知识库、故障分析知识库和制造运维知识库。
8.根据权利要求1所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤
3具体为：
步骤3.1：基于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，构建出制造资源数字孪生模型；
步骤3.2：基于制造车间语义知识库，将离散的制造资源数字孪生模型聚合到一起，形成智能车间数字孪生模型；
步骤3.3：构建虚拟空间中制造车间数字孪生模型与物理空间中制造车间现场的动态交互机制，以保证虚拟空间中数字孪生模型与物理空间中制造现场保持同步更新。
9.根据权利要求1所述的智能制造车间数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤3.1具体为：
首先，基于制造资源的几何物理尺寸信息，在虚拟空间形成与物理空间对应的孪生体；然后，从实时制造库中获取当前制造资源的实时数据，并对应放置到数字孪生体中。
10.一种智能制造车间数字孪生模型构建系统，其特征在于，包括：
制造数据提取与融合模块，用于通过智能制造车间中配置传感设备，采集制造现场生产数据并进行深度融合与分析，形成制造车间关键制造数据库；
制造知识库构建模块，用于基于实时制造数据与跨领域制造过程专家知识，构建制造系统语义知识库；
数字孪生车间模型构建模块，用于基于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，构建出智能车间的数字孪生模型。
一种智能制造车间数字孪生模型构建方法与系统
技术领域
[0001]本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种智能制造车间数字孪生模型构建方法与系统。
背景技术
[0002]智能制造系统的实时动态优化管理对于提升制造能力具有重要作用，数字孪生技术能够为制造系统的生产管理与优化分析提供虚拟运算平台，制定更加合理的生产计划，逐步成为国内外研究的热点。精准可靠的数字孪生模型构建是数字孪生技术应用落地的基础问题。
[0003]中国专利《一种数字孪生行为模型快速构建方法》通过采集物理实体的工序数据，并重新组帧发送给虚拟模型，以数据的驱动来反映虚拟模型后台行为规则的属性；中国专利《一种矿井数字孪生模型及其构建方法》通过构建物理空间矿井应用场景在虚拟空间的数字孪生模型，实现数字孪生体与物理实体之间的信息交互与虚拟监控；中国专利《基于数字孪生技术的智能制造系统数字孪生智能体构建系统及方法》构建可以与上层数字孪生平台进行交互的智能体，更好的展示物理车间的制造细节，预测加工过程中会发生的问题，引导物理车间选择更为合理的生产方案。
[0004]虽然上述发明对数字孪生车间构建提供了重要思路，但仍然存在以下问题：[0005]当前数字孪生
构建主要通过实时生产数据来对制造资源进行建模，较少考虑生产现场的专家经验知识，导致制造资源活动或运作机理建模不全面；同时，现有数字孪生建模过程主要是对单一资源或一些活动的建模，缺乏对制造车间全局的系统性数字孪生模型构建方法以及不同资源模型之间的关联关系分析，致使虚拟数字孪生模型聚合程度低，难以充分描述实际生产过程。
发明内容
[0006]针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种智能制造车间数字孪生模型构建方法，解决现有数字孪生模型构建过程中存在的制造资源建模不全面、制造系统建模不聚合的问题。
[0007]本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008]一种智能制造车间数字孪生模型构建方法，包括：
[0009]步骤1：在智能制造车间中配置传感设备，采集制造现场生产数据并进行深度融合与分析，形成制造车间实时数据库；
[0010]步骤2：基于实时制造数据与跨领域制造过程专家知识，构建制造系统语义知识库；
[0011]步骤3：基于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，构建出智能车间的数字孪生模型。
[0012]优选地，所述步骤1具体为：
[0013]步骤1.1：依据数字孪生模型建模与车间生产管理需求，形成制造现场数据采集目标；
[0014]步骤1.2：依据信息采集需求，选择并配置合适的智能采集与信息交互设备；[0015]步骤1.3：通过配置好的信息采集与交互网络，实现对生产现场原始数据的采集，并对原始制造数据进行预处理；
[0016]步骤1.4：对制造数据进行增值分析与深度融合；
[0017]步骤1.5：对深度融合后的制造数据进行分类处理，形成关键制造过程数据库，并将制造车间实时数据库中的制造信息存储为虚拟空间可用的文件格式。
[0018]优选地，所述步骤1.1中，数字孪生模型建模过程需要的数据为多维度信息，包含制造资源的几何、物理、位置、状态；车间生产管理过程需要采集的数据包含生产任务加工进度、生产物料的准备情况、生产设备的运转情况。
[0019]优选地，所述步骤2具体为：
[0020]步骤2.1：基于制造系统的不同层级结构，将制造系统制造信息转变为多层次事件模型；
[0021]步骤2.2：对制造车间进行调研，得到制造车间内部跨领域的员工或专家的生产知识；
[0022]步骤2.3：基于步骤2.1得到的多层次制造事件模型和步骤2.2得到的跨领域员工或专家知识，形成制造车间的语义知识库，并用本体论方法存储起来，以供后续数字孪生模型的顺利调用。
[0023]优选地，所述步骤2.1中的多层次事件模型为三层结构，分别为制造资源层事件、单元层事件和智能车间层事件，其中，所述制造资源层事件包含加工设备的运行活动或运行状态的事件，所述单元层事件指的是加工过程重要活动的事件，所述智能车间层事件指车间内部生产任务执行或生产设备运行的事件。
[0024]优选地，所述跨领域的员工或专家的生产知识包括生产计划、机加过程、装配过程、检测过程与物流方面的知识。
[0025]优选地，所述制造车间的语义知识库包括生产工艺知识库、产品设计知识库、故障分析知识库和制造运维知识库。
[0026]优选地，所述步骤3具体为：
[0027]步骤3.1：基于制造车间实时数据库与制造车间语义知识库，构建出制造资源数字孪生模型；
[0028]步骤3.2：基于制造车间语义知识库，将离散的制造资源数字孪生模型聚合到一起，形成智能车间数字孪生模型；
[0029]步骤3.3：构建虚拟空间中制造车间数字孪生模型与物理空间中制造车间现场的动态交互机制，以保证虚拟空间中数字孪生模型与物理空间中制造现场保持同步更新。[0030]优选地，所述步骤3.1具体为：
[0031]首先，基于制造资源的几何物理尺寸信息，在虚拟空间形成与物理空间对应的孪生体；然后，从实时制造库中获取当前制造资源的实时数据，并对应放置到数字孪生体中。[0032]一种智能制造车间数字孪生模型构建系统，包括：
[0033]制造数据提取与融合模块，用于通过智能制造车间中配置传感设备，采集制造现
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议