本申請涉及數(shù)字孿生智慧工廠，具體而言，涉及一種數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生技術(shù)為利用物理傳感器將設(shè)備、產(chǎn)線信息在虛擬環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與虛擬模型的交互，可為工廠在線管理、預(yù)測性維護(hù)等技術(shù)提供支持。

2、目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于工廠在線管理、預(yù)測性維護(hù)的技術(shù)方案多專注于車間級別或者單個設(shè)備級別的數(shù)據(jù)聯(lián)通，缺乏園區(qū)級別大型的數(shù)字孿生建設(shè)。

3、另外現(xiàn)有的方案大多數(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬裝備與現(xiàn)場實(shí)際裝備的數(shù)據(jù)聯(lián)動，但這種聯(lián)動缺乏工廠管理方法的指導(dǎo)，不適合在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用，更多的是適合科學(xué)研究以及數(shù)據(jù)展示。涉及到的相關(guān)的對比文件包括cn115097788a以及cn115439267a。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的主要目的在于提供一種數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的構(gòu)建方法，以至少解決目前應(yīng)用于工廠場景中的數(shù)字孿生模型缺乏工廠管理方法的指導(dǎo)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，包括：管理方法層、物理層和虛擬層，其中，所述管理方法層集成有多方面的管理邏輯與管理流程，所述物理層集成有與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)中的虛擬體對應(yīng)的物理實(shí)體自身數(shù)據(jù)，所述虛擬層集成有所述虛擬體，所述管理方法層中的所述管理邏輯與所述管理流程用于優(yōu)化所述虛擬體和物理實(shí)體之間的聯(lián)動，其中，優(yōu)化處理包括對所述物理層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，所述管理邏輯用于對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化管理和決策，所述管理流程用于對所述生產(chǎn)過程中的各個所述環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化控制和協(xié)調(diào)。

3、可選地，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括系統(tǒng)層，所述系統(tǒng)層中的數(shù)據(jù)包括源于相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及源于物理層的數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)層中集成有scada系統(tǒng)，所述scada系統(tǒng)被配置為集成所述源于相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和所述源于物理層的數(shù)據(jù)，并將集成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述虛擬層。

4、可選地，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括計算層，所述計算層與所述管理方法層和所述虛擬層交互，所述計算層在所述管理方法層的指導(dǎo)作用下分為內(nèi)部計算層和呈現(xiàn)計算層，所述呈現(xiàn)計算層實(shí)現(xiàn)園區(qū)、工廠、產(chǎn)線、設(shè)備四層級單元的全系列渲染，且所述管理方法層被配置為指導(dǎo)計算層對數(shù)據(jù)算法進(jìn)行改進(jìn)，且所述物理層被配置為協(xié)助所述計算層進(jìn)行模型呈現(xiàn)的視覺處理。

5、可選地，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括功能擴(kuò)展層，所述功能擴(kuò)展層被配置為根據(jù)業(yè)務(wù)開發(fā)需求，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的各功能模塊，其中，所述功能擴(kuò)展層用于將所述計算層的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示呈現(xiàn)，所述功能擴(kuò)展層的數(shù)據(jù)源于所述計算層，所述功能擴(kuò)展層的數(shù)據(jù)與所述物理層的原始數(shù)據(jù)形成比對。

6、可選地，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括應(yīng)用層，所述應(yīng)用層表征所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的最終的展示形式，其中，所述展示形式與各類人員的需要適配，并且，所述應(yīng)用層還用于通過人員經(jīng)驗(yàn)的對所述物理層進(jìn)行現(xiàn)場管理。

7、可選地，所述管理方法層被配置為通過所述應(yīng)用層的應(yīng)用結(jié)果對所述物理層的現(xiàn)場進(jìn)行優(yōu)化，所述管理方法層還被配置為對所述應(yīng)用層各管理人員的界面進(jìn)行指導(dǎo)性優(yōu)化。

8、根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種任一種所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括：模型構(gòu)建以及模型輕量化的步驟：所述模型構(gòu)建為構(gòu)建與物理實(shí)體對應(yīng)的虛擬模型，所述模型輕量化為對所述虛擬模型的表面進(jìn)行處理剔除部分特征；場景模擬步驟：根據(jù)工廠現(xiàn)場的真實(shí)情況，將輕量化處理后的所述虛擬模型在虛擬空間中進(jìn)行擺放，使得虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境保持一致；工廠級信息傳輸通道建設(shè)步驟：基于scada系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對工廠級信息傳輸通道的建設(shè)；功能實(shí)現(xiàn)步驟：基于所述模型構(gòu)建以及模型輕量化的步驟、所述場景模擬步驟以及所述工廠級信息傳輸通道建設(shè)步驟進(jìn)行屏幕類數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)、產(chǎn)線強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)與模型的交互，其中，所述數(shù)據(jù)與模型的交互指示通過將所述虛擬模型各部分的運(yùn)動關(guān)系與相關(guān)設(shè)備信號綁定，實(shí)現(xiàn)所述虛擬模型與所述物理實(shí)體的運(yùn)動一致。

9、可選地，所述模型輕量化的步驟，包括：在所述虛擬模型的表面質(zhì)量未達(dá)到系統(tǒng)流暢度要求的情況下，確定所述虛擬模型是否通過nurbs建模方式建模；在所述虛擬模型通過所述nurbs建模方式建模的情況下，依次執(zhí)行模型重構(gòu)步驟、孔洞優(yōu)化步驟、隱藏面優(yōu)化步驟以及小部件刪除步驟；在執(zhí)行所述小部件刪除步驟之后，確定能否進(jìn)行模型拆分步驟；在確定能夠進(jìn)行所述模型拆分步驟的情況下，先后執(zhí)行異材質(zhì)分組步驟以及同材質(zhì)合并步驟；執(zhí)行所述同材質(zhì)合并步驟之后再次確定是否達(dá)到所述系統(tǒng)流暢度要求。

10、可選地，所述方法還包括：在所述虛擬模型未通過所述nurbs建模方式建模的情況下，先后執(zhí)行細(xì)節(jié)細(xì)分步驟、所述孔洞優(yōu)化步驟、所述隱藏面優(yōu)化步驟以及所述小部件刪除步驟；所述方法還包括：在確定不能夠進(jìn)行所述模型拆分步驟的情況下，執(zhí)行模型重建步驟和所述細(xì)節(jié)細(xì)分步驟。

11、可選地，所述工廠級信息傳輸通道建設(shè)步驟，包括：以所述scada系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)傳輸分成固定信息傳輸通道和特殊信息傳輸通道，所述固定信息傳輸通道中傳輸?shù)挠性O(shè)備運(yùn)動相關(guān)信號，所述特殊信息傳輸通道中傳輸?shù)挠性O(shè)備報警類數(shù)據(jù)和表格類數(shù)據(jù)。

12、可選地，所述方法還包括：采用虛擬預(yù)運(yùn)用平臺對所述固定信息傳輸通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括數(shù)據(jù)的篩選、數(shù)據(jù)的編碼；采用所述虛擬預(yù)運(yùn)用平臺對所述設(shè)備報警類數(shù)據(jù)進(jìn)行識別后直接傳輸至應(yīng)用平臺，采用所述虛擬預(yù)運(yùn)用平臺將所述表格類數(shù)據(jù)傳輸至正式虛擬平臺進(jìn)行應(yīng)用。

13、可選地，所述數(shù)據(jù)與模型的交互包括固定動作模型、反向動力學(xué)模式、角度運(yùn)動模式和完全運(yùn)動模式。

14、應(yīng)用本申請的技術(shù)方案，數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)包括管理方法層、物理層和虛擬層，其中，所述管理方法層集成有多方面的管理邏輯與管理流程，所述物理層集成有與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)中的虛擬體對應(yīng)的物理實(shí)體自身數(shù)據(jù)，所述虛擬層集成有所述虛擬體，所述管理方法層中的所述管理邏輯與所述管理流程用于優(yōu)化所述虛擬體和物理實(shí)體之間的聯(lián)動，其中，優(yōu)化處理包括對所述物理層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，所述管理邏輯用于對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化管理和決策，所述管理流程用于對所述生產(chǎn)過程中的各個所述環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化控制和協(xié)調(diào)。通過管理方法層將一些規(guī)范進(jìn)行管理，指導(dǎo)物理層和虛擬層之間的聯(lián)動，解決了目前應(yīng)用于工廠場景中的數(shù)字孿生模型缺乏工廠管理方法的指導(dǎo)的問題。

技術(shù)特征：

1.一種數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，包括：管理方法層、物理層和虛擬層，其中，所述管理方法層集成有多方面的管理邏輯與管理流程，所述物理層集成有與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)中的虛擬體對應(yīng)的物理實(shí)體自身數(shù)據(jù)，所述虛擬層集成有所述虛擬體，所述管理方法層中的所述管理邏輯與所述管理流程用于優(yōu)化所述虛擬體和物理實(shí)體之間的聯(lián)動，其中，優(yōu)化處理包括對所述物理層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，所述管理邏輯用于對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化管理和決策，所述管理流程用于對所述生產(chǎn)過程中的各個所述環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化控制和協(xié)調(diào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括系統(tǒng)層，所述系統(tǒng)層中的數(shù)據(jù)包括源于相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及源于物理層的數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)層中集成有scada系統(tǒng)，所述scada系統(tǒng)被配置為集成所述源于相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和所述源于物理層的數(shù)據(jù)，并將集成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述虛擬層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括計算層，所述計算層與所述管理方法層和所述虛擬層交互，所述計算層在所述管理方法層的指導(dǎo)作用下分為內(nèi)部計算層和呈現(xiàn)計算層，所述呈現(xiàn)計算層實(shí)現(xiàn)園區(qū)、工廠、產(chǎn)線、設(shè)備四層級單元的全系列渲染，且所述管理方法層被配置為指導(dǎo)計算層對數(shù)據(jù)算法進(jìn)行改進(jìn)，且所述物理層被配置為協(xié)助所述計算層進(jìn)行模型呈現(xiàn)的視覺處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括功能擴(kuò)展層，所述功能擴(kuò)展層被配置為根據(jù)業(yè)務(wù)開發(fā)需求，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的各功能模塊，其中，所述功能擴(kuò)展層用于將所述計算層的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示呈現(xiàn)，所述功能擴(kuò)展層的數(shù)據(jù)源于所述計算層，所述功能擴(kuò)展層的數(shù)據(jù)與所述物理層的原始數(shù)據(jù)形成比對。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)還包括應(yīng)用層，所述應(yīng)用層表征所述數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的最終的展示形式，其中，所述展示形式與各類人員的需要適配，并且，所述應(yīng)用層還用于通過人員經(jīng)驗(yàn)的對所述物理層進(jìn)行現(xiàn)場管理。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)，其特征在于，所述管理方法層被配置為通過所述應(yīng)用層的應(yīng)用結(jié)果對所述物理層的現(xiàn)場進(jìn)行優(yōu)化，所述管理方法層還被配置為對所述應(yīng)用層各管理人員的界面進(jìn)行指導(dǎo)性優(yōu)化。

7.一種權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述模型輕量化的步驟，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述工廠級信息傳輸通道建設(shè)步驟，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)與模型的交互包括固定動作模型、反向動力學(xué)模式、角度運(yùn)動模式和完全運(yùn)動模式。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)與構(gòu)建方法。包括：管理方法層、物理層和虛擬層，其中，管理方法層集成有多方面的管理邏輯與管理流程，物理層集成有與數(shù)字孿生智慧工廠系統(tǒng)中的虛擬體對應(yīng)的物理實(shí)體自身數(shù)據(jù)，虛擬層集成有虛擬體，管理方法層中的管理邏輯與管理流程用于優(yōu)化虛擬體和物理實(shí)體之間的聯(lián)動，其中，優(yōu)化處理包括對物理層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，管理邏輯用于對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化管理和決策，管理流程用于對生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化控制和協(xié)調(diào)。通過管理方法層將一些規(guī)范進(jìn)行管理，指導(dǎo)物理層和虛擬層之間的聯(lián)動，解決了目前應(yīng)用于工廠場景中的數(shù)字孿生模型缺乏工廠管理方法的指導(dǎo)的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李爽,王海寧,王健,呂佳新,余慧,齊偉,朱耀文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：濰柴動力股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23