一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，包括数字孪生车间信息建模技术、车间信息系统集成技术、制造过程仿真优化方法、离线虚拟组合设计仿真技术以及数字孪生新型运行流程与架构。本发明专利技术提供基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法，按照数字孪生新型运行流程与架构进行搭建，通过数字化车间仿真方法对船舶制造车间进行数据采集与建模，搭建船舶制造车间的数字孪生模拟仿真系统，通过车间信息集成系统作为指令运行中介，向仿真系统发送产线数据，同时调度真实厂房的生产计划并对真实生产进行实时控制，对整条产线配置以及运行过程进行优化，并可根据仿真结果对产线进行持续优化。果对产线进行持续优化。果对产线进行持续优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统


[0001]本专利技术属于工业数字化和计算机科学
，具体涉及一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统。

技术介绍

[0002]数字孪生技术的核心在于通过数学建模对船舶制造车间进行的高精度虚拟化，包括生产系统和生产辅助系统的设备、仪表、配电箱、信息点等。数字孪生仿真通过网络直接高速地采集船舶制造车间的现场运行数据，并将数据发送给应用软件，实现软件系统对船舶制造车间的实时数据监控，并根据实时数据协调优化生产流程，保证生产线有柔性，客户可以定制化体验。
[0003]当下的数字孪生技术面临着一下数点问题亟需解决：1、如何实现高仿真度、高精度多物理场实时仿真建模；2、如何针对船舶建造过程，应用先进传感器、自适应感知等先进技术进行全要素、全生命周期的海量数据收集，同时保证实时性；3、如何对涉及检验方法进行调优，使数字孪生的结果更接近于实际工况。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，具备为船舶生产车间建立全要素全产业链连接，对各类船舶建造数据进行采集、传输、分析并形成智能反馈，提高企业生产效率，创造可定制化的产品，建设高柔性船舶生产线的优点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，包括数字孪生车间信息建模技术、车间信息系统集成技术、制造过程仿真优化方法、离线虚拟组合设计仿真技术以及数字孪生新型运行流程与架构。
[0006]进一步的，所述数字孪生车间信息建模技术其建模的范围包括生产线信息建模、产品信息建模、过程信息建模和仿真信息建模。
[0007]进一步的，所述生产线信息建模的对象包括生产系统和生产辅助系统的设备、仪表、配电箱和信息，且建模对象的几何模型的外观、大小和位置应该和物理生产线完全保持一致，建模对象都需赋予唯一的编码，建模对象都需定义它的物流输入输出的设备、信息流输入输出的信息点和供电设备，并通过设备的唯一编码将彼此关联起来，建模对象都需要定义分类、名称、规格、型号、关键技术参数等属性对于核心生产设备，需要定义它的行为，并对设备行为进行编码。
[0008]进一步的，所述产品信息建模在对产品信息建模时，需对产品的构成、零部件组成、加工工艺数据、加工工艺装备、材料清单和工时定额信息进行数学建模，所述过程信息建模对过程信息建模时，需对生产线的工艺流程、物流路径、资源的输入输出、信息的输入输出、运行原理等进行数据建模，所述仿真信息建模对仿真信息建模时，应在拥有足够稳定性与完备性的基础之上，对真实生产系统的几何信息、功能特点和产能信息，建立真实生产
系统的数字化映射。
[0009]进一步的，所述车间信息系统集成技术通过企业信息服务总线对业务数据、模型属性数据、模型几何数据和产线实时数据等不同数据格式的数据进行系统集成，通过WebService和企业信息服务总线分别对云端仿真分析系统和物理车间进行数据集成。
[0010]进一步的，所述制造过程仿真优化方法通过整合虚拟或者物理系统的高维数据，得到一个提供数据导向的决策方案，将数字孪生虚拟环境中训练好的人工智能算法模型应用于实际物理车间，指导物理车间和设备的生产优化，并借助深度神经网络迭代更新数字孪生模型，从而使车间数字孪生模型越来越准确地反映真实物理车间。
[0011]进一步的，所述制造过程仿真优化方法通过对图样、计划表、零部件采购单、物料清单、派工单、更改单等图文资料进行建模，将其转化为数字孪生模型中的相应数据，使用人工智能算法构建制造过程的大数据模型，运用强化学习算法，以产线的运行参数作为一阶段的参数，产线的运行效率作为算法的结果状态，进行循环迭代，逐步优化算法，达到产线生产效率最优。
[0012]进一步的，所述离线虚拟组合设计仿真技术构建专机设备、机器人、仓储和物流用生产设备的三维模型，将生产设备运动控制脚本和通讯标准信息封装成对象，提炼参数模型，建立生产设备三维制造信息模型库，以此支持整线或单元快速定制设计，所述离线虚拟组合设计仿真技术进行生产设备离线虚拟组合设计仿真，模拟整线或单元的配置、布局与运动情况，并将整线或单元配置及运行过程的优化问题抽象成数学模型，使用人工智能算法对此问题进行优化，以此形成整线或单元的执行引擎，所述离线虚拟组合设计仿真技术建立执行引擎与仿真模型之间的指令通道与信息通道，使得整线或单元的执行引擎可以控制仿真模型的运动，根据仿真结果对生产设备组合方式、生产流程进行持续优化。
[0013]进一步的，所述离线虚拟组合设计仿真技术通过构建生产设备的三维制造信息模型库，对船舶行业典型加工设备进行高精度信息建模，统一信息接口标准与模型；并给予车间布局、工艺流程和物流过程边界约束条件建立整个船舶制造生产车间的虚拟信息模型。
[0014]进一步的，所述数字孪生新型运行流程与架构在传统的生产管控流程下，制造执行系统在ERP系统与生产控制系统之间进行生产作业指令的下达与生产实时数据的上传，数字孪生加入到车间管控系统后，数字孪生等同于在原有的制造执行系统的基础上增加了一个虚拟的制造执行系统，虚拟的制造执行系统在产品真实生产之前进行虚拟制造，对产品的生产过程进行仿真分析，并输出优化后的生产执行策略。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法，按照数字孪生新型运行流程与架构进行搭建，通过数字化车间仿真方法对船舶制造车间进行数据采集与建模，搭建船舶制造车间的数字孪生模拟仿真系统，通过车间信息集成系统作为指令运行中介，向仿真系统发送产线数据，同时调度真实厂房的生产计划并对真实生产进行实时控制，生产设备虚拟仿真系统负责对生产设备进行离线虚拟组合设计仿真，对整条产线配置以及运行过程进行优化，并可根据仿真结果对产线进行持续优化。
[0016]2、本专利技术针对研究船舶总装制造、船舶配套机加车间的典型制造环节，建立车间调度数学模型，借助针对船舶车间产线调度改进的遗传算法，在工艺及资源等的约束条件下，根据设备生产能力，建立任务分配模型，并利用智能算法对任务进行合理的分配，确定
任务的开始加工时间，构建车间执行引擎，迭代式地调整执行算法引擎并使用仿真验证反馈执行效果，使整线的执行运行进行优化分析，并对模型进行持续改进，提高仿真结果的准确性及有效性；进行多生产路线生产设备自定义虚拟组合仿真，不断优化生产设备组合方式及生产路线方案，形成最优组合方案，指导实际产线进行科学布局和规划。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的一个车间运行流程示意图；图2是本专利技术的一个数字孪生系统总体架构示意图；图3是本专利技术的一个数字孪生几何模型轻量化算法流程示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：包括数字孪生车间信息建模技术、车间信息系统集成技术、制造过程仿真优化方法、离线虚拟组合设计仿真技术以及数字孪生新型运行流程与架构。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：所述数字孪生车间信息建模技术其建模的范围包括生产线信息建模、产品信息建模、过程信息建模和仿真信息建模。3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：所述生产线信息建模的对象包括生产系统和生产辅助系统的设备、仪表、配电箱和信息，且建模对象的几何模型的外观、大小和位置应该和物理生产线完全保持一致，建模对象都需赋予唯一的编码，建模对象都需定义它的物流输入输出的设备、信息流输入输出的信息点和供电设备，并通过设备的唯一编码将彼此关联起来，建模对象都需要定义分类、名称、规格、型号、关键技术参数等属性对于核心生产设备，需要定义它的行为，并对设备行为进行编码。4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：所述产品信息建模在对产品信息建模时，需对产品的构成、零部件组成、加工工艺数据、加工工艺装备、材料清单和工时定额信息进行数学建模，所述过程信息建模对过程信息建模时，需对生产线的工艺流程、物流路径、资源的输入输出、信息的输入输出、运行原理等进行数据建模，所述仿真信息建模对仿真信息建模时，应在拥有足够稳定性与完备性的基础之上，对真实生产系统的几何信息、功能特点和产能信息，建立真实生产系统的数字化映射。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：所述车间信息系统集成技术通过企业信息服务总线对业务数据、模型属性数据、模型几何数据和产线实时数据等不同数据格式的数据进行系统集成，通过WebService和企业信息服务总线分别对云端仿真分析系统和物理车间进行数据集成。6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶数字化车间仿真方法与系统，其特征在于：所述制造过程仿真优化方法通过整合虚拟或者物理系统的高维数据，得到一个提供数据导向的决策方案，将数字孪生虚拟环境中训练好的人工智能算法模型应用于实际物理车间，指导物理车间和设备的生产优化，并借助深度神...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔维畅，刘水，徐鹏，
申请(专利权)人：中船智能科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：