虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：包括仿真模块用于在虚拟世界中构建检修车间的三维模型同时也建立了生产线各人员和物件的模型标准库，数据库模块用于实时存储各人员和物件的状态信息；传感器模块用于将现实世界中各人员和物件的状态信息输入至仿真模块；可视化模块用于可视化显示当前生产线的状态，并针对预设的安全区和危险区对操作员进行示警。通过传感器构建的信息流打破了虚拟世界和现实世界之间的壁垒，使得生产过程能够全方位、立体的展示；能够实时追踪各物件的状态信息，使得生产操作和监控更加规范化；能够做到原拆原装，也能够对操作员的不当行为作出预警。也能够对操作员的不当行为作出预警。也能够对操作员的不当行为作出预警。

【技术实现步骤摘要】
虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法


[0001]本专利技术属于轨道交通领域，具体涉及一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法。

技术介绍

[0002]现如今的产品制造大多采用的是流水线作业这种生产方式，是指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作，这种将任务细化的方法可以明显提高工作效率及产量，检修车间也是如此设置。为了使流水线发挥出最大作用，一般都会有配套的生产工艺。与此同时，随着技术的不断进步，检修车间也对产品的生产流程提出了更高的要求，希望能够进一步便于监控，实时追踪产品、物料、工具等的使用状态，辅助排工排产，同时能够针对操作员的行为给出示警。
[0003]动车零部件检修是机车检修过程中的重要一环，直接关系到机车部件使用寿命以及机车能否顺利作业。传统的零部件检修过程包括，待检修零部件进入流水线，按照对应的工序分配到不同的检修工位上，各个工位上的操作员按照工艺要求对其进行检修操作，传统检修过程容错能力相对较差，操作员不能每次保证上料，操作工具使用正确，因此容易发生事故。
[0004]显然，上述工艺还存在一些问题：
[0005]1、待检产品、拆卸零部件、物料及工具等无法实时跟踪，仅依靠操作员手动编码，容易出错，使得最后组装时的各零部件可能不是原装，从而影响产品的质量；
[0006]2、当摄像头过多时，想搜寻到某一物件需要仔细寻找，不够直接，摄像头过少时，车间会留有死角，一般做法是巡查员直接进入车间巡视，并不方便。
[0007]3、当操作员有不当行为时，未能给出提前示警，以至于无法预防安全事故的发生。

技术实现思路

[0008]针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本专利技术提供了一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法，能够保障零部件检修工艺正确，生产工艺高效，能够准确追踪车间中各物件的位置和使用状态，针对物料的使用、工具及设备的维护实时统计，产品组装实现原拆原装；当操作员有不当行为时，能够提前给出示警，从而进一步消除安全隐患，辅助排工排产，提高生产效率。
[0009]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其中：包括仿真模块、数据库模块、传感器模块、调度模块以及可视化模块；
[0010]所述仿真模块用于在虚拟世界中构建检修车间的三维模型，即车间标准数字孪生体；同时也建立了生产线各人员和物件的模型标准库，即人的标准数字孪生体和物件的标准数字孪生体；
[0011]所述数据库模块用于实时存储各人员和物件的状态信息；
[0012]所述传感器模块用于将现实世界中各人员和物件的状态信息输入至仿真模块，从而在虚拟世界中进行模拟，形成现实世界到虚拟世界的投影；
[0013]所述调度模块用于动态排工排产，给出最佳调度信息，调度检修线实时调整检修策略。
[0014]所述可视化模块用于可视化显示当前生产线的状态，并针对预设的安全区和危险区对操作员进行示警。
[0015]进一步优选地，所述物件包括物料、工具、产品。
[0016]进一步优选地，所述检修车间为轨道交通零部件的检修车间，所述生产线为零部件检修的流水线。
[0017]进一步优选地，所述预设的安全区和危险区为根据操作员的位置的不同而动态预设的。
[0018]进一步优选地，所述物件中产品的模型标准库中，组成产品的不同零部件具有统一且唯一编码；生产线最终组装时，通过唯一编码找到各自对应的零部件，进行原拆原装。
[0019]进一步优选地，所述检修线，因为检修计划变化，调度模块在根据操作员的检修计划的不同和变化，动态排班排产，给出最佳调度信息，调度整个检修线实时调整检修策略。
[0020]为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生方法，其中，包括如下步骤：
[0021]S1、仿真模块在虚拟世界中构建检修车间的三维模型，即车间标准数字孪生体；同时也建立了生产线各人员和物件的模型标准库，即人的标准数字孪生体和物件的标准数字孪生体；
[0022]S2、当待检修产品进入检修车间之后，仿真系统自动调取物件的产品模型标准库中对应的该产品的产品模型并唯一编码，用于模拟车间中真实零部件的状态；
[0023]S3、操作员在现实世界中的操作以及各物件的状态信息被传感器模块实时传送给仿真模块，从而在虚拟世界中进行模拟，形成现实世界到虚拟世界的投影，并由数据库模块实时记录；
[0024]S4、当检修过程正在进行时，仿真模块在虚拟世界中预先划设操作员的安全区和危险区，并由可视化模块可视化显示出来；
[0025]S5、当监测到操作员即将踏入到危险区时，可视化模块提前示警，从而避免造成安全事故；
[0026]S6、产品最终组装时，通过唯一编码找到各自对应的零部件，进行原拆原装。
[0027]进一步优选地，步骤S1中，所述物件包括物料、工具、产品；物件的标准数字孪生体包括物料的标准数字孪生体、工具的标准数字孪生体、产品的标准数字孪生体。
[0028]进一步优选地，步骤S2中，待检修产品被拆解为不同的零部件，不同零部件赋予统一且唯一编码。
[0029]进一步优选地，步骤S3中，操作员进入车间，通过传感器模块向仿真模块传入的人体动作信息，判断操作员当前的位置和操作，从而在仿真模块中生成人的当前数字孪生体；
[0030]车间中的各物件，通过传感器模块向仿真模块传入的物件的状态信息，从而在仿真模块中生成物件的当前数字孪生体，包括物料的当前数字孪生体、工具的当前数字孪生体、产品的当前数字孪生体。
[0031]进一步优选地，步骤S4中，仿真模块在根据操作员的位置的不同和变化，动态地预先划设操作员的安全区和危险区，并由可视化模块动态可视化显示。
[0032]上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0034]1、本专利技术的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法，能够保障零部件检修工艺正确，生产工艺高效，能够准确追踪车间中各物件的位置和使用状态，针对物料的使用、工具及设备的维护实时统计，产品组装实现原拆原装；当操作员有不当行为时，能够提前给出示警，从而进一步消除安全隐患，辅助排工排产，提高生产效率。
[0035]2、本专利技术的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法，人在现实世界中的操作以及各物件的状态会被传感器模块实时传送给仿真模块和数据库模块实时记录，从而可以方便溯源。
[0036]3、本专利技术的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统及方法，当检修过程正在进行时，虚拟世界会自动识别预先划设的操作员的安全区和危险区，当监测到操作员即将踏入到危险区时，可视化模块提前示警，从而避免造成安全事故。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：包括仿真模块、数据库模块、传感器模块、调度模块以及可视化模块；所述仿真模块用于在虚拟世界中构建检修车间的三维模型，即车间标准数字孪生体；同时也建立了生产线各人员和物件的模型标准库，即人的标准数字孪生体和物件的标准数字孪生体；所述数据库模块用于实时存储各人员和物件的状态信息；所述传感器模块用于将现实世界中各人员和物件的状态信息输入至仿真模块，从而在虚拟世界中进行模拟，形成现实世界到虚拟世界的投影；所述调度模块用于动态排工排产，给出最佳调度信息，调度检修线实时调整检修策略。所述可视化模块用于可视化显示当前生产线的状态，并针对预设的安全区和危险区对操作员进行示警。2.如权利要求1所述的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：所述物件包括物料、工具、产品。3.如权利要求1所述的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：所述检修车间为轨道交通零部件的检修车间，所述生产线为零部件检修的流水线。4.如权利要求1所述的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：所述预设的安全区和危险区为根据操作员的位置的不同而动态预设的。5.如权利要求1所述的基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生系统，其特征在于：所述物件中产品的模型标准库中，组成产品的不同零部件具有统一且唯一编码；生产线最终组装时，通过唯一编码找到各自对应的零部件，进行原拆原装。6.一种基于虚实互驱的轨道交通零部件检修生产数字孪生方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、仿真模块在虚拟世界中构建检修车间的三维模型，即车间标准数字孪生体；同时也建立了生产线各人员和物件的模型标准库，即人的标准数字孪生体和物件的标准数字孪生体；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，毕涛，周明翔，李加祺，李经伟，刘高坤，郭文浩，熊盛，林庭羽，严祥彬，杨润芝，韩天虎，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：