(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 202010041719.5
(22)申请日 2020.01.15
(71)申请人 江苏古卓科技有限公司
地址 210012 江苏省南京市雨花台区宁双
路28号A区222-2室
(72)发明人 徐步海
(74)专利代理机构 北京华际知识产权代理有限
公司 11676
代理人 李浩
(51)Int.Cl.
G05B 19/418(2006.01)
(54)发明名称
方法
(57)摘要
本发明属于技术领域，具体公开了一种基于
数字孪生平台的工厂管理系统及方法，本基于数
字孪生平台的工厂管理系统包括，建模仿真模
块、精准服务模块，本发明科学合理，使用方便，
利用模拟车间与物理车间之间数据实时交互，不
况下，进行产线升级，避免造成资源浪费。对内部
大数据进行分析处理，可以进一步判断出生产线
在进行成产过程中各个部件之间的磨损情况，维
修人员可以根据数据分析出的磨损报告进行维
修护理，减少设备生产线停止运行的状态。对生
产过程进行模拟运行，可以运算出产线的最大负
荷状态，
测算出生产线最大的产能输出。权利要求书3页 说明书7页 附图3页CN 111103860 A 2020.05.05
C N 111103860
A
1.一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：本基于数字孪生平台的工厂管理系统包括，建模仿真模块、生产管理模块、数据采集模块、数据控制模块、精准服务模块；
所述数据采集模块输出端电性连接数据控制模块的输入端，所述数据控制模块与建模仿真模块和精准服务模块和生产管理模块连接，所述精准服务模块和生产管理模块连接；
所述数据采集模块是对工厂内部运行设备过程中的信息进行采集并进行传输，所述数据控制模块用于对设备生产过程中的数据进行集中处理，分析其中的数据进行分类汇总，所述建模仿真模块用于对物理工厂进行建模仿真创建出模拟工厂，可以进行实时模拟，所述生产管理模块用来对物理工厂内部设备进行管理，计划生产量，所述精准服务模块用于对模拟工厂进行模拟生产，可以控制不同的因素来构建新的生产线。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：所述数据采集模块包括传感器模块和无线传输单元； 所述传感器模块包括智能传感器、模数转换芯片；
所述智能传感器连接数模转化芯片，所述模数转换芯片连接无线传输单元；
所述智能传感器用于对工厂内部各个部件之间动态信息进行实时采集，捕捉每个部件之间的关系状态，所述数模装换芯片用于将传感器采集的模拟量转换为数字量，便于数据控制模块内部进行处理，所述无线传输单元利用GPRS作为传输媒介，所述无线传输单元可以不需要停止目前工作状态便可以同时处理多个或者接收多个检测点的数据，还能进行系统双向操作。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：所述数据控制模块包括PLC控制器、数据库、数据库分类单元；
所述数据库内部连接数据库分类单元，所述PLC控制器连接数据库；
所述PLC控制器作为整个系统的控制枢纽进行统筹运作，此外还负责将各部位之间的数据进行储存分析并进行交互，所述数据库用来存贮各个模块产生的数据并通过无线传输单元进行汇总，所述数据库分类单元用来将数据库内部冗长杂乱的数据进行分类，分为物理工厂相关数据、模拟工厂相关数据、精准服务相关数据、物理工厂和模拟工厂和精准服务混合在一起的数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：所述建模仿真模块包括3D立体坐标系单元，生产线要素控制单元，模拟时间控制单元，动态指令控制单元，数据对接单元；
所述数据对接单元的输出端电性连接3D立体坐标系单元，所述生产线要素控制单元连接3D立体坐标系单元，所述模拟时间控制单元连接3D立体坐标系单元，所述动态指令控制单元连接3D立体坐标系单元；
所述数据对接单元用于对接数据库，将传感器储存在数据库内部的设备参数提取出来为建模仿真做准备，所述3D立体坐标系单元用来将设备参数进行立体建模，构建出模拟工厂，所述生产线要素控制单元用来对模拟工厂内部的环境因素或者是生产加工的要素进行控制，改变内部生产进程或者改变产品类型，所述模拟时间控制单元用于控制模拟工厂内部运行时间的快慢。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：
所述生产管理模块包括生产要素管理单元、生产对比单元、生产过程控制分析单元；
所述生产要素管理单元是对要素的静态和动态属性、状态、关系、能力等数据进行采集、存储、处理、分析和应用，所述生产对比单元用于将模拟工厂内的生产情况和物理工厂内的生产情况进行对比，所述生产过程控制分析单元是通过生产过程中的因素的改变，使得产品质量出现波动，从而进行分析，得出影响因素。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：所述精准服务模块包括故障坐标定位单元、过载数据测试单元、预警模块、数据交换单元；
所述过载数据测试单元连接预警模块，所述故障坐标定位单元连接过载数据测试单元，所述数据交换单元连接故障坐标定位单元和过载数据测试单元；
所述故障坐标定位单元用于对物理工厂内部部件出现故障时快速进行定位从而可以快速更换部件恢复生产，所述过载数据测试单元用于测试生产线在满负荷运行的情况下生产出来的极限产量，还可以测试出满负荷运行持续的最长时间，使生产线的效益实现最大化，所述预警模块用于对生产线状态的监测，所述数据存储单元用于将部件损坏的数据进行存储，通过大数据分析得到各部件的损耗情况，可以减少损坏率低的部件的检修频率，提高效率，还可以对易损坏的部件及时进行维护更换，减少停修时间，尽快恢复生产线工作。
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：所述预警模块包括信号灯单元、蜂鸣器、预警处理单元；
所述预警处理单元和蜂鸣器连接PLC控制器，所述信号灯单元连接预警处理单元；
所述信号灯安装有三种颜的信号灯分别为绿、黄、红，用于监测生产线的状态，所述预警处理单元用于当生产线超负荷时传输信号到PLC控制器中去，所述蜂鸣器用于进行提示生产线超负荷。
8.基于数字孪生平台的工厂管理方法，其特征在于：
S1、利用智能传感器采集设备参数构建仿真模型；
S2、将设备运行的数据参数传输到仿真模型中，塑造模拟工厂，构建数字孪生平台；
S3、调节模拟工厂中运行因素，对生产线进行模拟运行；
S4、根据大数据确定各部件的损耗情况，并对其进行维护；
S5、利用过载数据测试单元对生产线进行极限测试，测算出满负荷运转状态和持续的时间；
S6、物理工厂和模拟工厂之间数据进行实时交互，相互完善优化。
9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理方法，其特征在于：所述步骤S1中，利用所述智能传感器对设备参数和生产线上各个因素实时进行扫描，通过所述模数转换芯片将模拟量转换为数字量，接着通过所述无线传输单元将数据发送至数据库，利用所述数据对接单元将数据库中的数据提取出来，所述3D立体坐标系单元将提取的数据进行模拟架构，构建出模拟工厂，利用所述生产线要素控制单元和所述模拟时间控制单元和所述动态指令控制单元增加模拟工厂的调节作用，实现模拟工厂的运作，构建出一个数字孪生平台。
10.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生平台的工厂管理方法，其特征在于：所述步骤S5中，利用所
述动态指令控制单元对模拟工厂进行模拟运营，然后通过生产过程控制分析单元进行运算计算工厂在工作中产生的电负荷；
在进行负载运算时，要根据供配电系统有最下级分支馈线逐级向总变电所推算，在生产车间内专门用于检修的电焊机或备用设备可不参与计算，将不同工作制下的用电设备的额定功率换算为统一的计算功率，长期工作制中的设备容量(p)等于其铭牌上的额定功率(P e)；
根据公式：
P＝K X*P e；
Q＝P*tanφ；
式中P为最大负荷班内30分钟平均负荷中最大有功功率，Q为最大负载班内30分钟平均负荷中最大无功功率，S为最大负荷班内30分钟平均负荷中最大视在功率，Kx为按用电设备分类的平均需要系数，tanφ为功率因数角的正切函数；
通过公式，计算出设备运行中的无效负荷Q和最大负荷S，在生产要素不断的调节过程中，观测无效负荷
Q和最大有效负荷S的变化，到最优方案。
一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法技术领域
[0001]本发明涉及数字孪生技术领域，具体是一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法。
背景技术
[0002]在工厂设备运行的过程中，经常会出现零部件损坏的情况出现，从而导致整个生产线停产的现象。车间维修人员对整个生产线进行检修，浪费大量的时间和精力。在进行产品更新换代的过程中，一个因素的改变可能会导致产品升级失败，使得企业亏损大量的人力资源和物力资源，为了解决这些问题，引入了数字孪生的技术。
[0003]数字孪生是指利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在模拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
[0004]利用数字孪生平台构建一个模拟工厂进行车间产线升级测试和查故障点，可以快速的优化生产线，增加企业的实力。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，以解决现有技术中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及方法，其特征在于：本基于数字孪生平台的工厂管理系统包括，建模仿真模块、生产管理模块、数据采集模块、数据控制模块、精准服务模块；
[0007]所述数据采集模块输出端电性连接数据控制模块的输入端，所述数据控制模块与建模仿真模块和精准服务模块和生产管理模块连接，所述精准服务模块和生产管理模块连接；
[0008]所述数据采集模块是对工厂内部运行设备过程中的信息进行采集并进行传输，所述数据控制模块用于对设备生产过程中的数据进行集中处理，分析其中的数据进行分类汇总，所述建模仿真模块用于对物理工厂进行建模仿真创建出模拟工厂，可以进行实时模拟，所述生产管理模块用来对物理工厂内部设备进行管理，计划生产量，所述精准服务模块用于对模拟工厂进行模拟生产，可以控制不同的因素来构建新的生产线。
[0009]作为进一步的优化，所述数据采集模块包括传感器模块和无线传输单元；
[0010]所述传感器模块包括智能传感器、模数转换芯片；
[0011]所述智能传感器连接模数转换芯片，所述模数转换芯片连接无线传输单元；
[0012]所述智能传感器用于对工厂内部各个部件之间动态信息进行实时采集，捕捉每个部件之间的关系状态，所述模数转换芯片用于将传感器采集的模拟量转换为数字量，便于数据控制模块内部进行处理，所述模数转换芯片采用ADC0809芯片，所述无线传输单元利用GPRS作为传输媒介，所述无线传输单元可以不需要停止目前工作状态便可以同时处理多个
说 明 书
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