一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法技术方案

本发明专利技术提供一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法，所述的数字孪生系统包括位于物理层的自动化热冲压成形生产线物理系统，位于中间层的网络通信、数据处理和分析系统以及位于服务层的三维生产线虚拟场景、直播视频、增强现实和运行状态看板展示系统，其构建方法包括如下步骤：(1)收集数据；(2)几何造型；(3)人机界面；(4)场景构建；(5)场景模型；(6)场景优化。通过本发明专利技术提供的数字孪生系统，热冲压成形生产线的设计、管理者可以规划、验证、分析与评估生产过程、优化生产线设计，监控生产线的建设、运行状况，查看实时生产信息和生产统计数据，并对运行和性能数据进行全面分析，从而持续优化热冲压成形生产线的效能。从而持续优化热冲压成形生产线的效能。从而持续优化热冲压成形生产线的效能。

【技术实现步骤摘要】
一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法


[0001]本专利技术涉及一种面向热冲压成形加工制造领域的数字孪生技术，具体涉及一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法。

技术介绍

[0002]热冲压成形生产线的设计、建设、使用和管理者需要规划和验证生产工艺流程、创建生产线布局、选择生产设备进行流程仿真，以优化生产线设计、预测维护周期、减少甚至防止停机以提高设备开动率，在生产线运行过程中还需要优化人员配置和制造过程的工作条件设置。现有的热冲压成形生产线在计划排程、监控与管理过程上存在很多不足，操作很不方便，因此需要一种让生产线设计、生产计划排程、调度和管理者能够科学评估、调整并且实时、直观了解到生产线建设和运行状况的信息交互与监控系统。
[0003]数字孪生技术能够将热冲压成形生产线的物理实体对象与数字信息模型的虚拟对象进行对称映射，实现二者状态数据的实时交互。因而基于数字孪生技术构建热冲压成形生产线的数字孪生系统，可随时监控生产线的建设情况以及生产线上所有实体机器设备的运行状况，实时展示生产信息和生产统计数据，实现对实际生产过程的运行和性能数据进行全面分析与评估，从而持续优化热冲压成形生产线的效能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术不足之处，提供一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法，该热冲压成形生产线数字孪生系统可以很好地解决上述问题。
[0005]为达到上述要求，本专利技术采取的技术方案是：提供一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法，所述的热冲压成形生产线数字孪生系统包括三部分：(1)位于物理层模块的热冲压成形生产线物理系统，是一种灵活的，适应不同工艺路线要求的自动化系统，可以在更换专门的工具和控制软件后生产不同类型的工件。(2)位于中间层模块的网络通信、数据处理和分析系统，实现数字孪生系统的数据采集、处理、存储和分析过程。(3)位于服务层模块的三维生产线虚拟场景、直播视频、增强现实和运行状态看板展示系统，能够实时监控生产线的建设、运行情况，展示生产统计信息和现场状态。
[0006]所述的热冲压成形生产线数字孪生系统构建方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，收集数据模块：将热冲压成形生产线的实体对象和虚拟对象的所有数据信息汇总后分为非模型驱动数据和模型驱动数据。非模型驱动数据是静态类型数据，以表格形式在物联网平台工具中存储和展示。模型驱动数据是动态数据，使用WebSocket协议将数据发送到物联网平台工具进行存储，并以JSON字符串格式传递给三维可视化引擎进行数据链接和绑定。收集数据模块汇总后的数据经过步骤2和步骤3分别提供给几何造型和人机界面模块；
[0008]步骤2，几何造型模块：根据实体对象的几何尺寸采用三维建模软件构建出数字模型，添加必要的灯光、材质、纹理渲染模型和特效，使三维模型具有真实质感、更加逼真。为
了降低硬件的运行压力，要对模型进行适当地简化处理，并导出为轻量化格式文件，在步骤4中将该文件导入到场景构建模块中；
[0009]步骤3，人机界面模块：包括人机交互设计、外部输入事件响应等功能，旨在实现在三维虚拟环境中的场景漫游，使用户有身临其境的直观体验。在三维建模软件环境中将实现人机界面模块功能的文件导出为轻量化格式文件，在步骤4中将该文件导入到场景构建模块中；
[0010]步骤4，场景构建模块：在三维可视化引擎开发工具中对几何造型模块及人机界面模块功能文件进一步完善，即将人机界面模块的设计效果与几何造型模块的模型文件合并到一个场景中，进行场景管理、场景漫游、用户界面设计、性能优化等并导出为轻量化格式文件，在步骤5中将该文件导入到场景模型模块中；
[0011]步骤5，场景模型模块：在三维可视化引擎开发工具中将物联网平台开发工具以JSON字符串格式提供的信息进行数据绑定，实现基于所述的物理层模块中实体对象的实时数据驱动的虚拟场景、状态看板、直播视频和增强现实功能模块的状态信息实时更新，对这些功能模块进行运行测试并将测试结果在步骤6中反馈到场景优化模块；
[0012]步骤6，场景优化模块：将场景模型模块测试运行的结果反馈到几何造型和人机界面模块，在这两个模块中分别进行设计优化，经过迭代以后在三维可视化引擎开发工具中将虚拟场景模块的模型文件发布为WebGL格式，并集成到物联网平台工具中。
[0013]所述的物联网平台工具采用ThingsBoard，三维可视化引擎采用Unity 3D，三维建模软件包括Blender、Siemens NX或者Unity 3D，轻量化文件为.FBX格式文件。
[0014]本专利技术基于数字孪生技术，通过构建热冲压成形生产线的物理对象系统和虚拟对象系统，进而描述热冲压成形生产线数字孪生系统的构建流程及其实现方法。该热冲压成形生产线数字孪生系统的有益效果在于：
[0015]本专利技术通过从热冲压成形生产线物理对象系统中获取的生产过程实时数据，驱动三维数字化虚拟生产线的运行，从而非常直观地展现生产过程的全貌，即在虚拟环境下看到真实生产线上在加工哪一种型号的冲压件产品及数量，生产线的运行状态及故障报警记录，加热炉、压机等设备状态和红外温度检测仪等仪器、仪表数据；生产线的设计、管理者还可以很方便地查阅生产实际数据，比如在虚拟生产线中漫游，用鼠标点击设备即可看到设备的工作历史记录、关键数据历史曲线等。
[0016]本专利技术可以持续记录热冲压成形生产线上每个工件的质量，能够快速识别生产制造过程的质量问题；热冲压成形产品的客户也可以查看工件的历史追溯信息，其中记录了每件产品的质量数据，这将能够持续监控产品交付，改进交付产品的质量并提高客户产品的制造质量。生产线的设计、管理者通过本专利技术的系统全面分析产品质量和生产线运行性能数据可以规划和验证生产过程、优化未来生产线的设计，延长生产线上机器、设备的无故障运行时间，从而降低热冲压成形产品的制造成本，以可持续的方式优化热冲压成形生产线的效能。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明
用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0018]图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的热冲压成形生产线数字孪生系统的总体架构和工作流程示意图。
[0019]图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的自动化热冲压成形生产线的物理系统架构和工作流程示意图。
[0020]图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的自动化热冲压成形生产线的虚拟系统架构和构建流程示意图。
[0021]图4示意性地示出了根据本申请一个实施例的自动化热冲压成形生产线的数据管理与网络通信系统示意图。
具体实施方式
[0022]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本申请作进一步地详细说明。
[0023]为了提供对这些实施例的简要描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和构建方法，其特征在于，所述系统包括：物理层模块，是数字孪生系统的物理空间中的实体对象，用于构建灵活的，适应不同工艺路线要求的自动化热冲压成形生产线，可以在更换专门的工具和控制软件后生产不同类型的工件；中间层模块，用于构建物理层模块与服务层模块通信的网络系统，实现数字孪生系统的数据采集、处理和存储过程，快速建立热冲压成形生产线运行的实时数据库和专家知识库；服务层模块，是数字孪生系统的虚拟空间中的仿真对象，通过三维建模后的模型和数据信息展示工具与物理空间中的实体对象相对应，负责向物理层提供特定于应用程序的服务。所述系统基于生产线实际业务流程，面向热冲压成形生产过程，其构建方法包括收集数据，几何造型，场景优化，人机界面，场景构建和场景模型共6个功能模块以及这些模块之间的6个步骤过程。2.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法，其特征在于：所述的热冲压成形生产线物理层模块的实体对象包括机器设备及其附属的传感器、执行器和控制器。3.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法，其特征在于：所述的热冲压成形生产线物理层模块包括准备物料和转运工件的物流模块、生产热冲压成形工件的前处理模块、热冲压成形后工件的后处理模块。4.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法，其特征在于：所述的热冲压成形生产线物流模块包括立体仓库、搬运机械手站和自动导引车，前处理模块包括上料机械手站、冷料转运车、搬运机械手站、测厚/打标站、压机、加热炉和温控器，后处理模块包括搬运机械手站，激光修边站，转运机械手站，激光焊接站和下料机械手站。5.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法，其特征在于：所述的热冲压成形生产线中间层模块包括网络通信链路，网络通信系统，数据处理系统和数据分析系统。6.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法，其特征在于：所述基于三维的热冲压成形生产线服务层模块通过对生产线关键设备、区域进行实景视频监控，并结合增强现实技术应用，从而实时展现生产过程动态信息、设备内部状况和历史动作过程，及时响应生产现场异常情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福臻，蔡克乾，朱帅，贾广斌，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司烟台分公司，
类型：发明
国别省市：