一种数字孪生车间运行状态的预测方法、控制器及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种数字孪生车间运行状态的预测方法、控制器及系统，其中预测方法，包括：获取数字孪生车间的将来事件表；根据实体车间的第一运行状态数据对将来事件表进行修正，得到修正后的将来事件表；当时间到达将来事件表中第一目标时间所对应的目标事件时，对目标事件进行仿真处理，并获取仿真处理的仿真结果；根据仿真结果输出数字孪生车间的第二运行状态数据，并对将来事件表进行更新。本实施例通过获取将来事件表，并根据实体车间的第一运行数据对将来事件表进行修正，且根据时间推进该将来事件表进行仿真，实现仿真的实时性，利用事件调度的方式进行仿真流程推进，实现对仿真的瞬态性。通过对将来时间表进行循环更新，保证仿真的持续性。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生车间运行状态的预测方法、控制器及系统
本专利技术涉及数字孪生车间
，特别涉及一种数字孪生车间运行状态的预测方法、控制器及系统。
技术介绍
作为信息物理系统(Cyber-PhysicalSystems，简称CPS)的关键核心技术和智能制造的使能技术，数字孪生技术是实现制造过程信息世界与物理世界交互融合与互联互通的重要手段，引起了学术界和工业界的广泛关注。数字孪生的概念模型最早由Grieves在2003年提出，被认为是物理实体对象在数字空间的映射模型。其本质是在数字空间中构建能够实时反映物理系统当前的状态与行为，并准确预测其在真实环境下未来状态与行为的数字模型，进而辅助决策管理，达到优化物理系统的目的。生产车间是典型的复杂制造系统，具有物理对象多样性、过程强动态性等特点，自数字孪生概念被提出以来，如何利用数字孪生实现生产车间的智能监控、预测与控制就一直是学者们研究的热点问题。陶飞等，基于数字孪生理念提出了一种未来车间运行的新模式——数字孪生车间，分析了数字孪生车间的四个主要组成部分即物理车间、虚拟车间、车间服务系统、车间孪生数据，并提出了数字孪生车间的运行机制和实现方法。赵浩然等针对数字孪生车间的可视化监控难题，提出了基于实时数据的数字孪生车间三维可视化实时监控方法。周成等构建了基于数字孪生车间的三维可视化监控系统。西门子则提出了“综合数字孪生体”的概念，并将其应用于PiperM600飞机设计的全生命周期，实现了数字化车间的虚拟装配。Zhuang等将数字孪生技术应用于复杂产品装配过程，提出了基于数字孪生的复杂产品装配过程智能化管控体系框架和过程追溯方法，为提升复杂产品装配生产效率和质量提供了一种新的路径。刘志峰等将数字孪生技术运用于零件智能制造车间，提出了智能制造车间调度云平台框架模型及其调度流程模式，并构建了基于数字孪生的智能制造车间调度云平台，为智能制造车间调度问题提供了一种全新的解决思路。如何通过对物理制造系统的仿真预测，辅助管理者做出合理决策，从而指导制造系统运行优化，一直是学术界和工业界关注的重点问题。传统离散系统仿真方法是基于所构建的生产系统运行逻辑模型，通过离线仿真的手段分析加工时间、工件到达等动态变量对制造系统性能(比如完工时间、交货拖期成本)的影响。张洁等基于智能车间运行过程中产生的海量多源高维异构数据，提出了大数据驱动下“关联+预测+调控”的车间运行分析与决策模式，研究了大数据驱动的车间运行状态预测方法。任杉等提出了基于生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务新模式，构建了一种生产过程实施优化、运维服务动态预测的产品生命周期管理与运作机制。当前针对车间运行预测问题的研究中，仿真方法多是基于人工指定的系统初始配置和设定，仅能够在特定的输入条件下输出仿真结果。仿真方式多为离线仿真，仿真时刻与实际的系统运行时刻之间总有时间差，功能有明显的滞后性，不具备实时仿真的能力。而运用大数据相关技术进行的特定数据预测，十分依赖足量的历史数据，但获取历史数据对于部分制造系统并不是一项容易的工作。此外这种预测过程是纯数据维度的预测，与系统模型相关性低，是一种理想化稳态预测。然而复杂制造系统除了稳态预测，同时也需要在系统状态瞬息变化的情况下获得实时瞬态预测，而在当前研究中较少考虑预测的实时性和瞬态性。
技术实现思路
本专利技术实施例要达到的技术目的是提供一种数字孪生车间运行状态的预测方法、控制器及系统，用以解决当前针对车间运行预测问题的研究中不具备实时仿真的能力，对历史数据依赖严重且过于理想化的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种数字孪生车间运行状态的预测方法，包括：获取数字孪生车间的将来事件表；根据实体车间的第一运行状态数据对将来事件表进行修正，得到修正后的将来事件表；当时间到达将来事件表中一第一目标时间时，对第一目标时间所对应的目标事件进行仿真处理，并获取仿真处理的仿真结果；根据仿真结果输出数字孪生车间的第二运行状态数据，并对将来事件表进行更新。具体地，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，当时间到达将来事件表中一第一目标时间时，对第一目标时间所对应的目标事件进行仿真处理，并获取仿真处理的仿真结果的步骤包括：当时间到达第一目标时间时，获取目标事件的事件类型；根据事件类型，执行对应事件类型的目标仿真处理逻辑，得到仿真结果。具体地，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，根据事件类型，执行对应事件类型的目标仿真处理逻辑，得到仿真结果的步骤包括：当事件类型为实体加工到达事件时，确定实体所到达的第一加工工位；对第一加工工位是否繁忙进行判断，得到第一判断结果；根据第一判断结果进行第一预设处理，得到第一处理结果；生成一个新实体到达事件，并根据预先获取的指数分布样本发生器，获得新实体到达事件对应的第二目标时间。进一步的，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，根据第一判断结果进行第一预设处理，得到第一处理结果的步骤包括：当第一判断结果为第一加工工位处于繁忙状态时，将第一加工工位的队列数量加一；或者，当第一判断结果为第一加工工位处于空闲状态时，将第一加工工位设为繁忙状态；生成一个新加工结束事件，并根据预先获取的正态分布样本发生器，获得新加工结束事件对应的第三目标时间。具体地，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，根据事件类型，执行对应事件类型的目标仿真处理逻辑，得到仿真结果的步骤还包括：当事件类型为实体检验离开事件时，对检验实体的第一检验工位的队列中是否具有排队实体进行判断，得到第二判断结果；当第二判断结果为第一检验工位的队列中不具有排队实体时，将第一检验工位设为空闲状态；或者，当第二判断结果为第一检验工位的队列中具有排队实体时，将第一检验工位的队列数量减一；生成一个新实体检验离开事件，并根据预先获取的正态分布样本发生器，获得新实体检验离开事件对应的第四目标时间。具体地，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，根据事件类型，执行对应事件类型的目标仿真处理逻辑，得到仿真结果的步骤还包括：当事件类型为实体加工结束事件时，对实体进行加工的第二加工工位的队列中是否具有排队实体进行判断，得到第三判断结果；根据第三判断结果执行第二预设处理，得到第二处理结果；对对应实体的第二检验工位是否繁忙进行判断，得到第四判断结果；根据第四判断结果执行第三预设处理，得到第三处理结果；根据第二处理结果和第三处理结果，得到仿真结果。进一步的，如上所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，根据第三判断结果执行第二预设处理，得到第二处理结果的步骤包括：当第三判断结果为第二加工工位的队列中不具有排队实体时，将第二加工工位设为空闲状态；或者，当第三判断结果为第二加工工位的队列中具有排队实体时，将第二加工工位的队列数量减一；生成一个新实体加工结束事件，并根据预先获取的正态分布样本发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，包括：/n获取数字孪生车间的将来事件表；/n根据实体车间的第一运行状态数据对所述将来事件表进行修正，得到修正后的所述将来事件表；/n当时间到达所述将来事件表中一第一目标时间时，对所述第一目标时间所对应的目标事件进行仿真处理，并获取所述仿真处理的仿真结果；/n根据所述仿真结果输出所述数字孪生车间的第二运行状态数据，并对将来事件表进行更新。/n

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，包括：
获取数字孪生车间的将来事件表；
根据实体车间的第一运行状态数据对所述将来事件表进行修正，得到修正后的所述将来事件表；
当时间到达所述将来事件表中一第一目标时间时，对所述第一目标时间所对应的目标事件进行仿真处理，并获取所述仿真处理的仿真结果；
根据所述仿真结果输出所述数字孪生车间的第二运行状态数据，并对将来事件表进行更新。


2.根据权利要求1所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，所述当时间到达所述将来事件表中一第一目标时间时，对所述第一目标时间所对应的目标事件进行仿真处理，并获取所述仿真处理的仿真结果的步骤包括：
当时间到达所述第一目标时间时，获取所述目标事件的事件类型；
根据所述事件类型，执行对应所述事件类型的目标仿真处理逻辑，得到所述仿真结果。


3.根据权利要求2所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，所述根据所述事件类型，执行对应所述事件类型的目标仿真处理逻辑，得到所述仿真结果的步骤包括：
当所述事件类型为实体加工到达事件时，确定实体所到达的第一加工工位；
对所述第一加工工位是否繁忙进行判断，得到第一判断结果；
根据所述第一判断结果进行第一预设处理，得到第一处理结果；
生成一个新实体到达事件，并根据预先获取的指数分布样本发生器，获得所述新实体到达事件对应的第二目标时间。


4.根据权利要求3所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，所述根据所述第一判断结果进行第一预设处理，得到第一处理结果的步骤包括：
当所述第一判断结果为所述第一加工工位处于繁忙状态时，将所述第一加工工位的队列数量加一；或者，
当所述第一判断结果为所述第一加工工位处于空闲状态时，将所述第一加工工位设为繁忙状态；
生成一个新加工结束事件，并根据预先获取的正态分布样本发生器，获得所述新加工结束事件对应的第三目标时间。


5.根据权利要求2所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，所述根据所述事件类型，执行对应所述事件类型的目标仿真处理逻辑，得到所述仿真结果的步骤还包括：
当所述事件类型为实体检验离开事件时，对检验所述实体的第一检验工位的队列中是否具有排队实体进行判断，得到第二判断结果；
当所述第二判断结果为所述第一检验工位的队列中不具有所述排队实体时，将所述第一检验工位设为空闲状态；或者，
当所述第二判断结果为所述第一检验工位的队列中具有所述排队实体时，将所述第一检验工位的队列数量减一；
生成一个新实体检验离开事件，并根据预先获取的正态分布样本发生器，获得所述新实体检验离开事件对应的第四目标时间。


6.根据权利要求2所述的数字孪生车间运行状态的预测方法，其特征在于，所述根据所述事件类型，执行对应所述事件类型的目标仿真处理逻辑，得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘检华，庄存波，巩浩，刘娟，苗田，王建群，熊辉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11