一种基于数字孪生工厂的智能管控平台制造技术

本发明专利技术涉及管控平台领域，具体涉及一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，包括提供底层硬件支持与数据来源的工业设备，提供数据计算、数据存储与网络带宽的边缘计算层，提供操作服务平台、数据套件、数据分析组件与云原生架构工业PaaS层，经处理挖掘后的数据信息提供给数字孪生工厂，建立实体对象的数字模型，实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，调控物理实体对象的行为，改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策；用以实现生产过程精准预测与控制、生产自组织优化调度、设备全生命周期管理、产品质量追溯与管控的工业应用，实现精准映射、虚实交互、智能干预。智能干预。智能干预。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生工厂的智能管控平台


[0001]本专利技术涉及管控平台领域，具体涉及一种基于数字孪生工厂的智能管控平台。

技术介绍

[0002]数字孪生是指以数字化的方式，结合大数据、三维可视化、虚拟仿真、物联网等手段实现对工厂物理对象的虚拟映射，用来描述、模拟、诊断、分析和预测工厂在现实环境中的行为，对产品的设计、制造、工艺，甚至整个工厂进行虚拟仿真，从而实现提高对工厂整体态势的管控能力、分析能力，助于提高产品研发和生产效率，提前预判出错的可能，以此降低事故风险。
[0003]现代化工厂的自动化、信息化程度都相对较高，各种系统的部署，软硬件的联合应用，都使得工厂管理的重要性更为突出，同时也增加了管理的工作量。究其根本原因，还是因为庞大体系下的工厂信息不透明导致的。工厂集中监控可视化管理平台的缺失，导致管理人员无法实时、全面、准确的得知各生产及相关环节的实际状况，更无法及时的进行排查及做好及时处理，这也造成了工厂管理的窘境。
[0004]因此亟需一种工业数字孪生智能管控平台，融合数字孪生体与信息物理系统，开发虚实融合的数据处理、仿真分析、虚拟验证及生产过程运行决策等关键技术，实现精准映射、虚实交互、智能干预。管理人员能够实时掌握生产现场的生产进度，计划、目标达成情况，以及生产的人员、设备、物料、质量的相关信息等，达到透明化管理，最终满足三维数字孪生工厂的管理需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供能够有效进行虚实融合的数据处理、仿真分析、虚拟验证及生产过程运行决策，通过建立实体对象的数字模型，实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，调控物理实体对象的行为，改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策，实现精准映射、虚实交互、智能干预的一种基于数字孪生工厂的智能管控平台。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，其特征在于，包括：
[0008]工业设备，用以提供底层硬件支持与数据来源，完成工业生产过程并将生产过程中产生的数据提供给边缘计算层；
[0009]边缘计算层，用以提供数据计算、数据存储与网络带宽，用于接收、处理来自工业设备的数据，包括数据实时表达式的计算、报警事件的生成、数据转换转储、实时数据推送与视频平台。
[0010]工业PaaS层，用以提供操作服务平台、数据套件、数据分析组件与云原生架构，用以提高数据的挖掘与应用、发挥云计算平台优势，并将部署、处理后的数据提供给数字孪生工厂；
[0011]数字孪生工厂，包含多个数字孪生体，数字孪生体通过建立实体对象的数字模型，
实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，调控物理实体对象的行为，改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策；
[0012]工业应用，基于数字孪生技术，包括开发设备自诊断、自组织运行与调度、工艺协同优化与生产过程运行控制，用以实现生产过程精准预测与控制、生产自组织优化调度、设备全生命周期管理、产品质量追溯与管控。
[0013]进一步的，所述工业设备包括：
[0014]无人化装备，用以完成系统的全天候工作过程；
[0015]智能装备，用以完成关键部件与高端装备的生产；
[0016]工业监控，用以远程维护监测系统，组件生产过程的安全体系；
[0017]PLC/DCS/Scada，用以预设与载入控制指令，进行生产系统的控制；
[0018]物流仓储，用以生产产物的存储与转运。
[0019]进一步的，所述边缘计算层包括：
[0020]智能感知，用以识别设有的硬件设备接收的物理信号，映射到数字世界；
[0021]机理建模，用以接收智能感知得到的数据信息，根据物理的变化规律建立系统模型；
[0022]精准控制，用以实现机理建模建立的系统模型高精度的工作与工作状态的改变；
[0023]视觉分析，用以识别所建立的系统模型工作状况与收集工作过程中产生的数据信息；
[0024]数据分析，用以接收视觉分析下系统模型工作过程的数据信息，并进行转换计算与处理；
[0025]数据挖掘，用以接收数据分析下的数据信息，挖掘经过数据分析后的数据信息，将数据信息转化为生产信息与生产特征数据；
[0026]过程优化，用以接收数据挖掘下的生产信息与生产特征数据，进行生产过程优化；
[0027]边缘智能，用于运算生成回归模型预测经过过程优化的生产过程，进行生产过程优化的核验与运算；
[0028]所述边缘计算层还包括：
[0029]实时表达式的计算，用以实时监测系统模型工作状态，进行系统模型工作过程产生数据的实时计算；
[0030]报警事件的生成，用以预设报警阈值，与实时表达式的计算数据信息实时对比，用以保障系统模型的安全工作与事故及时发现；
[0031]数据转换转储，用于将系统模型工作过程产生的数据信息转换与DBA定期保存；
[0032]实时数据推送，用于将经过数据转换转储的数据信息实时推送；
[0033]视频平台，用于将实时数据推送的数据信息呈现于视频平台，用以进行系统模型工作的呈现；
[0034]所述边缘计算层设有三组用于存储数据的数据库，所述三组数据库分别为内存数据库、关系数据库与时序数据库，所述边缘计算层设有视频通信服务，所述视频通信服务的通讯协议包括但不限于TCP/IP、MQTT、OPC、Modbus、OPC
‑
UA与104。
[0035]进一步的，所述工业PaaS层分为三部分，第一部分包括通用服务组件、人工智能、大数据套件(5S)，第二部分为数据分析组件，第三部分为云原生；
[0036]所述通用服务组件包括：
[0037]企业网关，用以实现高层协议不同的网络互连，并对系统信息进行过滤与安全保障；
[0038]安全中心，用以保障系统安全，实现病毒检索、响应与处理；
[0039]任务管理，用以安排系统工作任务，显示系统工作运行状态；
[0040]消息服务，用以显示待处理的系统任务，进行所需处理任务提示；
[0041]服务编排，用以部署完成系统运行的各个组件，进行服务配置；
[0042]流程服务，用以进行系统运行进程的优化，用以提高系统的处理效率；
[0043]所述大数据套件(5S)包括：
[0044]数存，用以进行数据统一管理与数据存储；
[0045]数成，用以进行保障数据安全、数据加密、数据规划、数据开发、数据运行监控与元数据采集，进行数据的采集与分类；
[0046]数智，用以进行智能运算，进行数据预处理、算法建模、模型训练、模型部署与模型调优，用以提高数据的契合性；
[0047]数现，用以数据可视化，进行数据报表、可视化报告与可视化视频；
[0048]数典，用以进行数据标准管理与数据资产管理，进行数据的规范管理；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，其特征在于，包括：工业设备，用以提供底层硬件支持与数据来源，完成工业生产过程并将生产过程中产生的数据提供给边缘计算层；边缘计算层，用以提供数据计算、数据存储与网络带宽，用于接收、处理来自工业设备的数据，包括数据实时表达式的计算、报警事件的生成、数据转换转储、实时数据推送与视频平台。工业PaaS层，用以提供操作服务平台、数据套件、数据分析组件与云原生架构，用以提高数据的挖掘与应用、发挥云计算平台优势，并将部署、处理后的数据提供给数字孪生工厂；数字孪生工厂，包含多个数字孪生体，数字孪生体通过建立实体对象的数字模型，实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，调控物理实体对象的行为，改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策；工业应用，基于数字孪生技术，包括开发设备自诊断、自组织运行与调度、工艺协同优化与生产过程运行控制，用以实现生产过程精准预测与控制、生产自组织优化调度、设备全生命周期管理、产品质量追溯与管控。2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，其特征在于，所述工业设备包括：无人化装备，用以完成系统的全天候工作过程；智能装备，用以完成关键部件与高端装备的生产；工业监控，用以远程维护监测系统，组件生产过程的安全体系；PLC/DCS/Scada，用以预设与载入控制指令，进行生产系统的控制；物流仓储，用以生产产物的存储与转运。3.如权利要求1所述的一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，其特征在于，所述边缘计算层包括：智能感知，用以识别设有的硬件设备接收的物理信号，映射到数字世界；机理建模，用以接收智能感知得到的数据信息，根据物理的变化规律建立系统模型；精准控制，用以实现机理建模建立的系统模型高精度的工作与工作状态的改变；视觉分析，用以识别所建立的系统模型工作状况与收集工作过程中产生的数据信息；数据分析，用以接收视觉分析下系统模型工作过程的数据信息，并进行转换计算与处理；数据挖掘，用以接收数据分析下的数据信息，挖掘经过数据分析后的数据信息，将数据信息转化为生产信息与生产特征数据；过程优化，用以接收数据挖掘下的生产信息与生产特征数据，进行生产过程优化；边缘智能，用于运算生成回归模型预测经过过程优化的生产过程，进行生产过程优化的核验与运算；所述边缘计算层还包括：实时表达式的计算，用以实时监测系统模型工作状态，进行系统模型工作过程产生数据的实时计算；报警事件的生成，用以预设报警阈值，与实时表达式的计算数据信息实时对比，用以保
障系统模型的安全工作与事故及时发现；数据转换转储，用于将系统模型工作过程产生的数据信息转换与DBA定期保存；实时数据推送，用于将经过数据转换转储的数据信息实时推送；视频平台，用于将实时数据推送的数据信息呈现于视频平台，用以进行系统模型工作的呈现；所述边缘计算层设有三组用于存储数据的数据库，所述三组数据库分别为内存数据库、关系数据库与时序数据库，所述边缘计算层设有视频通信服务，所述视频通信服务的通讯协议包括但不限于TCP/IP、MQTT、OPC、Mod bus、OPC
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UA与104。4.如权利要求1所述的一种基于数字孪生工厂的智能管控平台，其特征在于，所述工业PaaS层分为三部分，第一部分包括通用服务组件、人工智能、大数据套件(5S)，第二部分为数据分析组件，第三部分为云原生；所述通用服务组件包括：企业网关，用以实现高层协议不同的网络互连，并对系统信息进行过滤与安全保障；安全中心，用以保障系统安全，实现病毒检索、响应与处理；任务管理，用以安排系统工作任务，显示系统工作运行状态；消息服务，用以显示待处理的系统任务，进行所需处理任务提示；服务编排，用以部署完成系统运行的各个组件，进行服务配置；流程服务，用以进行系统运行进程的优化，用以提高系统的处理效率；所述大数据套件(5S)包括：数存，用以进行数据统一管理与数据存储；数成，用以进行保障数据安全、数据加密、数据规划、数据开发、数据运行监控与元数据采集，进行数据的采集与分类；数智，用以进行智能运算，进行数据预处理、算法建模、模型训练、模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥，马军，熊新，王晓东，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：