【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业互联网，具体涉及基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统与方法。
技术介绍
1、数字孪生是指通过数字化技术将现实世界中的物理实体、过程或系统建模、仿真和监控，从而实现数字世界与现实世界的紧密联系和互动。数字孪生技术可以帮助我们更好地理解和管理实体，优化运营过程，预测可能发生的情况，并进行实时调整。它在工业生产、城市规划、物流管理等领域都有广泛的应用。
2、产线孪生是指利用数字孪生技术在虚拟环境中对实际生产线进行建模、仿真和优化的过程。通过将实际生产线的物理结构、设备、工艺流程等信息数字化，实时反映到数字孪生模型中，并结合实时数据监测和分析，可以实现对实际生产线的精准模拟和智能管理。产线孪生技术可以帮助企业优化生产过程、提高生产效率、降低成本，并实现智能化生产和故障预测。
3、产品孪生利用数字化技术建立与实际产品相对应的数字模型，通过仿真、监控和优化管理实现全生命周期的数字化管理，包括产品设计优化、生产制造优化、预测性维护、个性化定制和全生命周期管理，帮助企业提高生产效率、产品质量和个性化定制能力，获得竞争优势。
4、现有技术中论述如何将产品数字孪生体和产线数字孪生体各自成一套独立的建模、应用和优化闭环反馈体系，但是产品孪生和产线孪生在智造环节产生了交叉，即产品需依托产线完成生产，但产线相关的生产节拍、物流成本等设计数据，生产过程产生的加工误差、质量检测等数据并未有效传递给产品孪生体，产品孪生体的后续优化导致的设计节拍、工艺路线改变也未很好地指导产线的设计和设备布局优化，
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统与方法，基于工业互联网平台，使得产品孪生体和产线孪生体之间的联系更加紧密、交互更加便捷，在此基础上的产品全生命周期数据和产线全生命周期数据更加完整，促进两者进行优化迭代。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，包括产品数字孪生体与产线数字孪生体，所述产品数据孪生体包括产品设计模块、产品制造模块、产品运维模块；所述产品设计模块用于根据用户需求设计、完善和输出产品设计bom数据；产品制造模块用于基于设计bom完善工艺bom和制造bom相关数据；产品运维模块用于接收来自产品制造模块的数据，并附着增加维护数据；所述产线数字孪生体包括产线规划与设计模块、产线运行与监控模块、产线维护和优化模块；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线运行与监控模块用于采集产线建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；所述产线维护和优化模块用于对产线设备进行调试调优、故障维修、巡检保养；产品数字孪生体与产线数字孪生体在产品设计、产品制造、产品运维，产线规划与设计、产线运行与监控、产线维护和优化的全生命周期各阶段通过bom文件交互设计数据，采集运行数据，反馈运维数据，实现产品的运维迭代和产线的优化升级。
4、进一步的，产品设计模块包含产品设计模型、产品设计bom、产品设计文档；产品制造模块包含工艺模型、工艺bom、工艺设计文档；产品运维模块包含产品使用过程运维监控数据、维护bom、产品状态预测和分析数据。
5、进一步的，所述产线规划与设计模块包含产线仿真引擎、多维多尺度建模模块以及产线虚拟体，所述多维多尺度建模模块用于建立包含产线各个组成部分的产线仿真模型，得到动态的仿真虚拟体；所述产线仿真引擎用于驱动产线仿真模型运行仿真。
6、进一步的，所述产线运行与监控模块包括物联模块与产线物理实体；所述物联模块用于采集建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；产线虚拟体与产线物理实体通过物联模块建立数据通信；产线虚拟体将产线设计数据传递给产线物理实体，用于指导产线建设；产线物理实体将各项真实数据反馈至产线虚拟体，驱动产线虚拟体仿真。
7、进一步的，所述产线虚拟体下发给产线物理实体的数据包括设计生产节拍、物流成本、产能预测、生产进度和设备瓶颈数据；产线物理实体传输给产线虚拟体的数据包括人员工时、物料编号、机器状态、工艺参数、环境、测量质检数据、实际生产节拍、物流成本、生产进度和实际产能数据。
8、进一步的，所述产线虚拟体包括节拍与瓶颈控制模块、布局与规划模块、物流与配送仿真模块以及产线评价模块，所述产线评价模块用于接收来自产线物理实体运行的关键生产数据并对产线的运行状况进行评价，并将评估结果反馈到产线规划和设计阶段，为产线的迭代优化提供指导和参考。
9、本专利技术还提出了一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合方法，包括：产品数字孪生体与产线数字孪生体在产品设计、产品制造、产品运维、产线规划与设计、产线运行与监控、产线维护和优化的全生命周期各阶段通过bom文件交互设计数据，采集运行数据，反馈运维数据，形成孪生模型的数据融合，实现产品的运维迭代和产线的优化升级。
10、进一步的，产线数字孪生体和产品数字孪生体的融合闭环反馈过程包括：产线数字孪生体实时采集生产线上的各个环节数据，并在在制造bom中实时动态更新；将上述数据传递给产品设计模块，根据生产过程中的实际需求和变化，进行产品设计的调整和优化；将上述数据传递给产品运维模块，根据产品制造环节的质检数据、加工设备运行数据，识别生产过程中可能存在的质量问题或设备运行异常进行及时处理。
11、进一步的，所述的产线数字孪生体实时采集生产线上的各个环节数据，并在在制造bom中实时动态更新包括：
12、步骤a、在产线设计规划阶段，根据用户的交货期、交货量需求进行详细的产线需求分析，考虑到产能、资源可用性因素开展生产计划制定；
13、步骤b、根据产品的工艺流程、物料需求、人员和设备配置等因素，充分考虑生产效率、设备利用率、工艺流程优化等方面的问题，确定设备的数量和类型，设计工作站的布置和排列方式；
14、步骤c、利用多维多尺度建模模块中的参数化建模对象建立产线仿真模型，全面反映产线的实际运行情况；
15、步骤d、使用离散事件产线仿真引擎驱动该模型进行运行仿真，还原产线的设计布局，模拟计算产线的节拍和设备瓶颈、物流和配送成本，根据仿真结果改进产线设计，并构建产线物理实体；
16、步骤e、基于工业互联网平台的物联模块，采集建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；
17、步骤f、产线虚拟体通过分析和评估上述关键生产数据，对产线的运行状况进行评价，并将评估结果将反馈到产线规划和设计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，包括产品数字孪生体与产线数字孪生体，两个孪生体在产品设计、产品制造、产品运维，产线规划与设计、产线运行与监控、产线维护和优化的全生命周期各阶段通过BOM文件交互设计数据，采集运行数据，反馈运维数据，实现产品的运维迭代和产线的优化升级；所述产品数据孪生体包括产品设计模块、产品制造模块、产品运维模块；所述产品设计模块用于根据用户需求设计、完善和输出产品设计BOM数据；产品制造模块用于基于设计BOM完善工艺BOM和制造BOM相关数据；产品运维模块用于接收来自产品制造模块的数据，并附着增加维护数据；所述产线数字孪生体包括产线规划与设计模块、产线运行与监控模块、产线维护和优化模块；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线运行与监控模块用于采集产线建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；所述产线维护和优化模块用于对产线设备进行调试调优、故障维修、巡检保养。
2.如权利要求1所述的
3.如权利要求1所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线规划与设计模块包含产线仿真引擎、多维多尺度建模模块以及产线虚拟体，所述多维多尺度建模模块用于建立包含产线各个组成部分的产线仿真模型，得到动态的仿真虚拟体；所述产线仿真引擎用于驱动产线仿真模型运行仿真。
4.如权利要求3所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线运行与监控模块包括物联模块与产线物理实体；所述物联模块用于采集建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；产线虚拟体与产线物理实体通过物联模块建立数据通信；产线虚拟体将产线设计数据传递给产线物理实体，用于指导产线建设；产线物理实体将各项真实数据反馈至产线虚拟体，驱动产线虚拟体仿真。
5.如权利要求4所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线虚拟体下发给产线物理实体的数据包括设计生产节拍、物流成本、产能预测、生产进度和设备瓶颈数据；产线物理实体传输给产线虚拟体的数据包括人员工时、物料编号、机器状态、工艺参数、环境、测量质检数据、实际生产节拍、物流成本、生产进度和实际产能数据。
6.如权利要求4所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线虚拟体包括节拍与瓶颈控制模块、布局与规划模块、物流与配送仿真模块以及产线评价模块；节拍与瓶颈控制模块、布局与规划模块用于进行节拍和瓶颈、布局和物流规划验证规划工作，并将产线设计数据传递给产线物理实体，用于指导产线建设；所述产线评价模块用于接收来自产线物理实体运行的关键生产数据并对产线的运行状况进行评价，并将评估结果反馈到产线规划和设计阶段，为产线的迭代优化提供指导和参考。
7.一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合方法，其特征在于，产品数字孪生体与产线数字孪生体在产品设计、产品制造、产品运维、产线规划与设计、产线运行与监控、产线维护和优化的全生命周期各阶段通过BOM文件交互设计数据，采集运行数据，反馈运维数据，形成孪生模型的数据融合，实现产品的运维迭代和产线的优化升级。
8.根据权利要求7所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合方法，其特征在于，产线数字孪生体和产品数字孪生体的融合闭环反馈过程包括：产线数字孪生体实时采集生产线上的各个环节数据，并在在制造BOM中实时动态更新；将上述数据传递给产品设计模块，根据生产过程中的实际需求和变化，进行产品设计的调整和优化；将上述数据传递给产品运维模块，根据产品制造环节的质检数据、加工设备运行数据，识别生产过程中可能存在的质量问题或设备运行异常进行及时处理。
9.如权利要求8所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合方法，其特征在于，所述的产线数字孪生体实时采集生产线上的各个环节数据，并在在制造BOM中实时动态更新包括：
10.如权利要求7所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合方法，其特征在于，针对产品数字孪生体的闭环迭代优化过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，包括产品数字孪生体与产线数字孪生体，两个孪生体在产品设计、产品制造、产品运维，产线规划与设计、产线运行与监控、产线维护和优化的全生命周期各阶段通过bom文件交互设计数据，采集运行数据，反馈运维数据，实现产品的运维迭代和产线的优化升级；所述产品数据孪生体包括产品设计模块、产品制造模块、产品运维模块；所述产品设计模块用于根据用户需求设计、完善和输出产品设计bom数据；产品制造模块用于基于设计bom完善工艺bom和制造bom相关数据；产品运维模块用于接收来自产品制造模块的数据，并附着增加维护数据；所述产线数字孪生体包括产线规划与设计模块、产线运行与监控模块、产线维护和优化模块；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线规划与设计模块用于根据用户需求开展生产计划、工艺流程以及工作站的排布制定；所述产线运行与监控模块用于采集产线建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；所述产线维护和优化模块用于对产线设备进行调试调优、故障维修、巡检保养。
2.如权利要求1所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，产品设计模块包含产品设计模型、产品设计bom、产品设计文档；产品制造模块包含工艺模型、工艺bom、工艺设计文档；产品运维模块包含产品使用过程运维监控数据、维护bom、产品状态预测和分析数据。
3.如权利要求1所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线规划与设计模块包含产线仿真引擎、多维多尺度建模模块以及产线虚拟体，所述多维多尺度建模模块用于建立包含产线各个组成部分的产线仿真模型，得到动态的仿真虚拟体；所述产线仿真引擎用于驱动产线仿真模型运行仿真。
4.如权利要求3所述的一种基于工业互联网的产品和产线数字孪生模型融合系统，其特征在于，所述产线运行与监控模块包括物联模块与产线物理实体；所述物联模块用于采集建设完成后投产自产线物理实体运行的各项数据；产线虚拟体与产线物理实体通过物联模块建立数据通信；产线虚拟体将产线设计数据传递给产线物理实体，用于指导产线建设；产线物理实体将各项真实数据反馈至产线虚拟体，驱动产线虚拟体仿真...
【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，韩鑫，李晋航，马悦，陈明仁，李善宣，
申请(专利权)人：东方电气集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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