一种汽车工厂数字孪生体构建方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车工厂数字孪生体构建方法及系统，属于数据处理技术领域，包括步骤S1：基于实际场景构建虚拟场景，虚拟场景包括生产线上的多个装配点；步骤S2：将生产线划分为多个生产区间，每个生产区间包括多个装配点，在每个生产区间内选择其中一个装配点作为通信点，将运行参数发送至同区间的通信点，通信点将收到的运行参数转发；步骤S3：每间隔预设时间，扫描位于装配点内的待装配车辆，并将扫描数据发送；步骤S4：基于扫描数据生成待装配车辆的汽车基础模型，以将虚拟场景转换为动态场景，本发明专利技术通过上述技术方案，减少了网络拥堵情况的发生几率，可以以更加稳定的时间生成虚拟场景。成虚拟场景。成虚拟场景。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车工厂数字孪生体构建方法及系统


[0001]本专利技术属于数据处理
，具体涉及一种汽车工厂数字孪生体构建方法及系统。

技术介绍

[0002]数字孪生是充分利用 物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、 多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。管理人员或场外专家可以通过利用数字孪生技术构建系统三维场景，来观察活动设备。如果发现到问题，可以联系现场员工，并在增强现实的帮助下指导其完成维护过程。
[0003]例如中国专利申请“CN110333698A”公开了一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及其方法，该方法在数字孪生平台上对整个工厂园区布局建模，通过该方法可以根据实际车间内传输的信号控制工厂层、车间层和设备层中的数字孪生体产生相应动作，并选择查看所述工厂层、车间层和设备层中任意数字孪生体及其参数信息，以第一人称视角指引客户了解整个车间分布，以及查看工厂内设备运转状态；又例如中国专利申请“CN113255170B”公开了一种云边协同工厂数字孪生监控建模系统和建模方法，该方法通过拓扑模型如实反映物理世界的工厂，通过数字孪生单体模型与树状拓扑模型的节点关联、根据拓扑模型构建工业现场数据交互逻辑并与边缘计算设备协同、拓扑模型驱动数字孪生建模过程等措施，实现数字孪生监控建模系统在不同工业现场场景下的可配置能力，降低数字孪生建模开发工作量，提高系统应用范围。
[0004]在汽车工厂的生产线上，现有技术中在构建三维虚拟模型时，为了真实的反映汽车的装配过程，用于构建三维虚拟模型的模块会与每个装配点都进行通信，这就会容易出现网络拥堵，从而影响通信速度，这样就会使得构建的三维虚拟模型与实际生产存在较大的时间差，从而会影响模型的精度。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种汽车工厂数字孪生体构建方法及系统，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0006]为了达到上述的专利技术目的，本专利技术提出一种汽车工厂数字孪生体构建方法，包括：步骤S1：静态模块获取汽车工厂生产线的实际场景，基于所述实际场景构建虚拟场景，所述虚拟场景包括生产线上的多个装配点，所述虚拟场景在每个所述装配点设置有机械臂模型和作业人员模型；步骤S2：通信模块将生产线划分为多个生产区间，每个所述生产区间包括多个所述装配点，在每个所述生产区间内选择其中一个所述装配点作为通信点，获取所述实际场景内、各个所述装配点的运行参数，并将所述运行参数发送至同区间的所述通信点，所述通信点将收到的所述运行参数转发至动态模块；
步骤S3：在每个所述装配点设置扫描模块，所述扫描模块每间隔预设时间，扫描位于所述装配点内的待装配车辆，并将扫描数据发送至所述动态模块；步骤S4：所述动态模块基于所述扫描数据，在所述虚拟场景中生成所述待装配车辆的汽车基础模型，同时基于所述扫描数据以及各个所述装配点发送的所述运行参数，以预设的帧率动态更新所述汽车基础模型、所述机械臂模型和所述作业人员模型，以将所述虚拟场景转换为动态场景。
[0007]进一步的，所述步骤S4中，更新所述汽车基础模型包括以下步骤：步骤S41：定位生产线中第一个所述装配点，定义为起始装配点，当所述待装配车辆到达所述起始装配点后，所述起始装配点与所述待装配车辆交互，获取所述待装配车辆的编号，并生成所述待装配车辆的装配方案，所述通信模块将所述装配方案分发至在其之后的其它所述装配点；步骤S42：所述动态模块基于所述扫描数据生成所述汽车基础模型，并渲染至所述虚拟场景中的所述起始装配点上，所述动态模块基于生产线的移动速度，逐帧渲染所述待装配车辆，直至所述待装配车辆到达下一个所述装配点并被识别；步骤S43：所述待装配车辆到达下一个所述装配点后，所述装配点获取所述待装配车辆的编号，并匹配对应的所述装配方案，所述装配点装配过程中，将所述装配点的所述运行参数发送至所述动态模块，所述动态模块识别所述运行参数，若所述运行参数正常，则将所述汽车基础模型渲染为进阶模型，若所述运行参数异常，则将所述汽车基础模型渲染为指定纹理，重复执行本步骤，直至所述待装配车辆到达生产线最后一个所述装配点并完成装配。
[0008]进一步的，所述步骤S43中，获得所述进阶模型后，基于以下步骤在所述进阶模型上生成颜色：负责车辆喷漆的所述装配点将其自身的所述运行参数发送至所述动态模块，所述动态模块从颜色库内选择与所述运行参数对应的颜色，同时获取当前在所述虚拟场景内、位于该所述装配点的所述进阶模型；在所述进阶模型中指定多个顶点，依次连接顶点，获得多个四边形区域，所述动态模块基于所述装配方案设置每个顶点的颜色，并将构成同一个四边形区域的四个顶点依次编号为顶点a1、顶点a2、顶点a3和顶点a4，若构成同一个四边形区域四个顶点的颜色相同，则将该四边形区域内的颜色设置为与顶点的颜色相同。
[0009]进一步的，若顶点a1与顶点a2的颜色相同，顶点a3与顶点a4的颜色相同，顶点a1与顶点a3的颜色不同，则基于以下步骤确定四边形内区域的颜色：定义顶点a1与顶点a2之间为第一边框，顶点a3与顶点a4之间为第二边框，计算所述第一边框和所述第二边框之间的平均距离；获取所述装配方案中存储的渲染曲线，所述渲染曲线包括第一类型、第二类型和第三类型，若所述渲染曲线为所述第一类型，则基于第一公式确定所述第一边框和所述第二边框之间，相邻两个像素点的颜色差值，所述第一公式为：，其中，、分别为顶点a1和顶点a3的颜色值，L为所述平均距离，k为所述渲染曲线的斜率；
若所述渲染曲线为第二类型，则在所述渲染曲线上，沿横向等间隔采集多个第一测试点，所述第一测试点的数量与所述平均距离包括的像素点数量相同，获取每个所述第一测试点在竖向的间隔距离，基于所述间隔距离和第二公式确定所述第一边框和所述第二边框之间，第n个和第n+1像素点的颜色差值，所述第二公式为：，其中，为第n个和第n+1像素点对应的所述第一测试点在所述渲染曲线上的所述间隔距离，D为预先设置的标准距离；若所述渲染曲线为所述第三类型，则将四边形区域内的颜色设置为与顶点a2的颜色。
[0010]进一步的，在所述第一边框和所述第二边框上等比例选择多个第二测试点，计算对应所述第二测试点之间的第一距离，依次将所述第一距离相加并求取平均值，将该平均值设置为所述平均距离。
[0011]进一步的，所述动态模块基于以下步骤渲染所述作业人员模型：所述通信模块包括第一模块和第二模块，所述第一模块设置于所述待装配车辆内，所述第二模块设置于作业人员内，所述待装配车辆到达所述装配点后，所述第一模块和所述第二模块以第二距离为半径，向其周向发送侦测所述第一模块或所述第二模块的定位信号，基于所述定位信号的反馈时间定位所述作业人员的位置，并在所述虚拟场景相应位置，以圆柱体的形状生成所述作业人员模型。
[0012]本专利技术还提供了一种汽车工厂数字孪生体构建系统，该系统用于实现上述所述的一种汽车工厂数字孪生体构建方法，该系统主要包括：静态模块，用于获取汽车工厂生产线的实际场景，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车工厂数字孪生体构建方法，其特征在于，包括：步骤S1：静态模块获取汽车工厂生产线的实际场景，基于所述实际场景构建虚拟场景，所述虚拟场景包括生产线上的多个装配点，所述虚拟场景在每个所述装配点设置有机械臂模型和作业人员模型；步骤S2：通信模块将生产线划分为多个生产区间，每个所述生产区间包括多个所述装配点，在每个所述生产区间内选择其中一个所述装配点作为通信点，获取所述实际场景内、各个所述装配点的运行参数，并将所述运行参数发送至同区间的所述通信点，所述通信点将收到的所述运行参数转发至动态模块；步骤S3：在每个所述装配点设置扫描模块，所述扫描模块每间隔预设时间，扫描位于所述装配点内的待装配车辆，并将扫描数据发送至所述动态模块；步骤S4：所述动态模块基于所述扫描数据，在所述虚拟场景中生成所述待装配车辆的汽车基础模型，同时基于所述扫描数据以及各个所述装配点发送的所述运行参数，以预设的帧率动态更新所述汽车基础模型、所述机械臂模型和所述作业人员模型，以将所述虚拟场景转换为动态场景。2.根据权利要求1所述的一种汽车工厂数字孪生体构建方法，其特征在于，所述步骤S4中，更新所述汽车基础模型包括以下步骤：步骤S41：定位生产线中第一个所述装配点，定义为起始装配点，当所述待装配车辆到达所述起始装配点后，所述起始装配点与所述待装配车辆交互，获取所述待装配车辆的编号，并生成所述待装配车辆的装配方案，所述通信模块将所述装配方案分发至在其之后的其它所述装配点；步骤S42：所述动态模块基于所述扫描数据生成所述汽车基础模型，并渲染至所述虚拟场景中的所述起始装配点上，所述动态模块基于生产线的移动速度，逐帧渲染所述待装配车辆，直至所述待装配车辆到达下一个所述装配点并被识别；步骤S43：所述待装配车辆到达下一个所述装配点后，所述装配点获取所述待装配车辆的编号，并匹配对应的所述装配方案，所述装配点装配过程中，将所述装配点的所述运行参数发送至所述动态模块，所述动态模块识别所述运行参数，若所述运行参数正常，则将所述汽车基础模型渲染为进阶模型，若所述运行参数异常，则将所述汽车基础模型渲染为指定纹理，重复执行本步骤，直至所述待装配车辆到达生产线最后一个所述装配点并完成装配。3.根据权利要求2所述的一种汽车工厂数字孪生体构建方法，其特征在于，所述步骤S43中，获得所述进阶模型后，基于以下步骤在所述进阶模型上生成颜色：负责车辆喷漆的所述装配点将其自身的所述运行参数发送至所述动态模块，所述动态模块从颜色库内选择与所述运行参数对应的颜色，同时获取当前在所述虚拟场景内、位于该所述装配点的所述进阶模型；在所述进阶模型中指定多个顶点，依次连接顶点，获得多个四边形区域，所述动态模块基于所述装配方案设置每个顶点的颜色，并将构成同一个四边形区域的四个顶点依次编号为顶点a1、顶点a2、顶点a3和顶点a4，若构成同一个四边形区域四个顶点的颜色相同，则将该四边形区域内的颜色设置为与顶点的颜色相同。4.根据权利要求3所述的一种汽车工厂数字孪生体构建方法，其特征在于，若顶点a1与顶点a2的颜色相同，顶点a3与顶点a4的颜色相同，顶点a1与顶点a...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏磊，李佳林，王彬，欧培培，杨卓跃，刘晓岑，芦钊，
申请(专利权)人：中汽研汽车工业工程天津有限公司，
类型：发明
国别省市：