CN113656855B - 面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，包括：pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块、采集信息传输模块、数据接口模块、数据分析模块、AR与电缆反馈模块、网页端电缆网数字模型构建模块。本发明中，通过对模型和运行数据进行连续采集和智能分析，覆盖电缆产品全生命周期与全数据链，从设计、工艺、制造全部环节，集成并驱动以统一的模型为核心的产品设计、制造和保障的数字化数据流。

Description

面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***
技术领域
本发明涉及航天器总装技术领域，尤其涉及面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***。
背景技术
目前，我国卫星等航天器产品设计工作已广泛实现三维化，各种设计信息以三维模型结合TC(Teamcenter)工艺设计***和MES(ManufacturingExecutionSystem)制造执行***的受控技术文件的形式进行传递。最终形成总装部门以总体单位三维设计模型为基础，通过轻量化处理、BOM(BillOfMaterial)重构(如增加电缆插头、电缆类型、电缆安装阶段等)，构建了电缆工艺样机。
但是从电缆网的数字孪生模型构建的角度，本发明还需要解决如下技术难题：
1)电缆网的数据采集，是实现电缆网孪生模型创建的基础；为了将实时的电缆工艺状态信息呈现到网页端，需要整合pad端电缆工艺采集的信息和扫描传感器采集的信息，也需要整合MES/TC***里面执行记录数据和库房信息的数据，这是实现电缆网实物和网页端数字孪生模型构建的信息源；
2)采集的信息传输及接口创建，信息采集完成后遵循定时、定量的原则，根据不同的需求分别给MES/TC***及数据库进行数据传输；除此之外，MES/TC***也需要给数据库进行数据上的导入，使数据库的信息能够最大限度的形成电缆网的全方位数据流；
3)电缆网的数据分析和关联，电缆网的数据在数据库整合，还需要对具体型号的单一电缆线束及其附属信息逐一进行匹配性分析，实现基于电缆轻量化模型的电缆态数据，包含电缆安装状态、电缆插头插拔数据、电缆插头打保险数据、低频电缆焊连等，经分析串联后形成电缆线束的数据链条；
4)航天器总装的电缆网数字化孪生模型的创建，就是集成所有电缆线束的全数据链条，在网页端利用实时获取的动态数据关联驱动展示三维电缆轻量化模型；后续利用包含电缆数据的轻量化模型，处理导入AR设备中，再进行电缆实物安装时的信息反馈，形成一个双向机制，对电缆现场安装和检验做到闭环控制。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，包括：pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块、采集信息传输模块、数据接口模块、数据分析模块、AR与电缆反馈模块、网页端电缆网数字模型构建模块。
优选地，所述pad端电缆工艺信息采集模块是依据电缆有附属关系的产品轻量化模型，读取包含在模型里面的属性信息，以及电缆的工艺文件。
优选地，所述扫描和传感信息采集模块包括外部扫描仪器、传感器检验设施，进行现场电缆安装过程的信息采集，包含电缆的位置信息，电缆插头插拔信息，电缆插头打保险信息。
优选地，所述采集信息传输模块通过pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块，具体为通过pad端工具、扫描仪、传感器、摄像头，将签署的工艺和归档的照片，以及电缆的各种信息，实时的利用无线局域网，在指定网站进行定时、定量上传到目标服务器，同时反馈到***数据库进行分类整理，与已经提取的电缆类型数据进行关联和存储。
优选地，所述数据接口模块是打通TC***和MES***的接口，提取与电缆相关的执行记录数据，整合后存放到数据库，包含电缆插头插拔数据，电缆插头打保险数据，低频电缆状态数据。
优选地，所述数据分析模块通过数据库读取电缆相关的数据信息，多类型数据分析得出电缆状态的数据结果。
优选地，所述AR与电缆反馈模块是根据数据库存在的电缆轻量化模型，数据处理后得到AR的展示模型，在现场与电缆实物进行展示、布局对比以及信息对比。
优选地，所述网页端电缆网数字孪生模型构建模块通过电缆轻量化模型，与已经获取的数据自顶向下的进行关联，实现在网页端对模型和数据动态实时展示、分析。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、实现了电缆网数字孪生模型的快速构建，满足了航天器总装电缆的体系化管理，全生命周期追溯，实时反馈驱动，双向连接关系。
2、通过对模型和运行数据进行连续采集和智能分析，覆盖电缆产品全生命周期与全数据链，从设计、工艺、制造全部环节，集成并驱动以统一的模型为核心的产品设计、制造和保障的数字化数据流。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的***构架结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的工作流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***包括七个模块：pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块、采集信息传输模块、数据接口模块、数据分析模块、AR与电缆反馈模块、网页端电缆网数字模型构建模块。
pad端电缆工艺信息采集模块是依据电缆有附属关系的产品轻量化模型，读取包含在模型里面的属性信息，以及电缆相关的工艺文件，实现采集电缆工艺的电子签署文档和工艺照片的功能，并可根据实际情况自动或手动触发提交到数据库，MES/TC***进行调取，分析，匹配。
扫描和传感信息采集模块，是依据现场的外部扫描仪器、各种传感器等检验设施，进行现场电缆安装过程的信息采集过程，包含电缆的位置信息采集，电缆插头插拔信息采集，电缆插头打保险信息采集，及其它电缆相关信息的采集等，达到电缆全方位信息数据收集的过程。
采集信息传输模块是通过pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块，具体为通过pad端工具、扫描仪、传感器、摄像头等，将签署的工艺和归档的照片，以及电缆的各种信息，实时的利用无线局域网，在指定网站进行定时、定量上传到目标服务器，同时反馈到***数据库进行分类整理，与已经提取的电缆类型数据进行关联和存储。后续协同关联展示电缆状态的各种数据值，以及在相关工艺界面和多媒体信息界面，根据产品代号进行直接跳转展示。
数据接口模块是打通TC***和MES***的接口，提取与电缆相关的执行记录数据，整合后存放到数据库，包含电缆插头插拔数据，电缆插头打保险数据，低频电缆状态数据等基本信息，这些数据是TC/MES***实时采集的数据，由于分别储存到不同的***，造成的离散化，用网页端的轻量化模型进行统一收集起来。
数据分析模块是通过数据库读取电缆相关的数据信息，多类型数据分析得出电缆状态的数据结果，首先引用库房信息等类型数据，获取电缆的安装情况，再分析仪器管理的库房信息，来确认电缆反复安装存在的可能性。
AR与电缆反馈模块，是根据数据库存在的电缆轻量化模型，数据处理后得到AR的展示模型，在现场与电缆实物进行有效展示，实现电缆实物的布局对比，电缆实物的信息对比等；从而实现从数据采集反馈到实物安装。
网页端电缆网数字孪生模型构建模块是通过电缆轻量化模型，与已经获取的数据自顶向下的进行关联，实现在网页端对模型和数据动态实时展示、分析。首先就是依据整星-舱段-舱板-设备的产品代号，以及整星-舱段-电缆网的线束代号、分支代号等，和电缆相关的数据进行匹配关联。电缆数据与电缆相关的工艺和照片进行串联，这样就能够把电缆状态数据的安装状态、插头插拔状态、插头打保险状态、低频电缆焊连状态等，进行模型上的实时驱动关联、展示，从而完成电缆网的孪生模型构建。
综上所述，本实施例所提供的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***的具体工作流程为：
第一，接收总体设计***发布的三维设计模型，经过总装部门处理后得到电缆轻量化基础模型，读取电缆轻量化模型的产品属性。
第二，pad端电缆工艺信息采集模块中，需要把电缆轻量化模型与XML格式的工艺文件进行解析关联，基于产品代号的唯一性，实现电缆实物、电缆模型和相关工艺的所属对应关系；依据pad端所有电缆模型的产品属性，在进行总装工艺操作的过程中：实时切换界面采集电缆相关工艺的签署文档和工艺照片。某一个工艺完成后可以通过无线局域网，登录指定网页进行上传，到达数据库、TC/MES***。这个过程是利用实体物理模型，结合pad端电缆轻量化模型，用摄像头、指纹传感器等进行数据采集的过程，在虚拟空间中完成关联映射。
第三，在扫描和传感信息采集模块，是依据现场的外部扫描仪器、各种传感器等检验采集设施，进行现场电缆安装过程的信息采集过程，包含电缆的位置信息采集，电缆插头插拔信息采集，电缆插头打保险信息采集，及其它电缆相关信息的采集等，达到电缆网全方位信息数据收集的过程。这些数据最终通过结构化表格或者非结构化表格的方式上传到TC/MES***和数据库。
第四，在信息传输模块中，已经上传的工艺签署文件和归档的工艺照片，以及电缆的各种插头插拔、打保险信息等，会存放到数据库、MES/TC***，这些工艺信息，可以让各个***解析成为适合自己的存储展示方式。
第五，在数据接口模块中，已经传输到MES***、TC***、数据库的电缆工艺数据，会与原来各个***实时采集的数据再合并存放到各个***。数据库会从MES/TC***提取电缆网相关的执行记录数据，包含电缆安装状态数据，电缆插头插拔状态数据，电缆插头打保险状态数据等基本信息；以及库房信息记录，包含仪器管理记录，出入库记录等；以及工艺文件记录，包含电缆安装工艺，电缆插头相关工艺等；都需要通过数据接口模块进行提取到***数据库。
第六，数据分析模块，对已经提取的普通执行记录数据，与样机模型、模型结构树进行代号或编码等唯一标识进行匹配，然后在各所属的状态数据进行展示；对于电缆类型数据上所属的相关工艺和多媒体照片，则是提取在pad端电缆采集的相关工艺信息，根据工艺文件签署时存在的代号和要归档的照片进行匹配，调取然后对应关联。除此之外对于电缆安装数据，没有直接的执行记录进行引用，就需要具体分析某一类型数据，以MES***中库房管理—仪器管理数据为源对象，分析其产品代号、产品名称等字段值，还要结合库房管理—物料查询-仪器管理等数据里面的仪器库房状态，进行二次匹配，分析判断。最终实时得到电缆状态数据，像已安装、未安装等关键值。
第七，在AR与电缆反馈模块，是根据数据库存在的电缆轻量化模型，处理得到AR的展示模型，在现场与电缆实物进行有效展示，实现电缆实物走向的布局对比，电缆实物的信息对比等；实现从采集数据到实物安装的反馈，形成双向的闭环机制。
第八，在网页端电缆网数字孪生模型构建模块，首先依据TC***给定的整星模型结构树，与电缆轻量化模型进行从整星—舱段(电缆线束/电缆分支)—舱板—设备等产品代号进行匹配串联；再依据电缆里面与电缆支架、电连接器、电缆插头位置的全部相关数据进行串联；依次再与电缆相关工艺和照片进行再串联，实现网页端的电缆网数字孪生模型的构建。
至此完成面向航天器电缆网数字孪生模型的构建，pad端以采集实物工艺为基础，综合各种扫描和传感器获得的数据进行综合传输；并结合MES、TC***获得的电缆实时状态数据，统一反馈关联到网页端的电缆网孪生数字模型，全三维驱动实时展示，并通过对运行数据进行连续采集和智能分析，映射(模拟)、监控、诊断、预测和控制产品在现实环境中的形成过程和行为；从根本上推进电缆我产品全生命周期各阶段的高效协同，也可以提供维护周期的参考依据。电缆网数字孪生其目标是贯通产品生命周期和价值链，实现全面追溯、双向共享与交互、和数据链协同。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，包括：pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块、采集信息传输模块、数据接口模块、数据分析模块、AR与电缆反馈模块、网页端电缆网数字模型构建模块；
面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***的具体工作流程为：
第一，接收总体设计***发布的三维设计模型，经过总装部门处理后得到电缆轻量化基础模型，读取电缆轻量化模型的产品属性；
第二，pad端电缆工艺信息采集模块中，需要把电缆轻量化模型与XML格式的工艺文件进行解析关联，基于产品代号的唯一性，实现电缆实物、电缆模型和相关工艺的所属对应关系；依据pad端所有电缆模型的产品属性，在进行总装工艺操作的过程中：实时切换界面采集电缆相关工艺的签署文档和工艺照片；某一个工艺完成后可以通过无线局域网，登录指定网页进行上传，到达数据库、TC/MES***；这个过程是利用实体物理模型，结合pad端电缆轻量化模型，用摄像头、指纹传感器进行数据采集的过程，在虚拟空间中完成关联映射；
第三，在扫描和传感信息采集模块，是依据现场的外部扫描仪器、各种传感器检验采集设施，进行现场电缆安装过程的信息采集过程，包含电缆的位置信息采集，电缆插头插拔信息采集，电缆插头打保险信息采集，及其它电缆相关信息的采集，达到电缆网全方位信息数据收集的过程；这些数据最终通过结构化表格或者非结构化表格的方式上传到TC/MES***和数据库；
第四，在信息传输模块中，已经上传的工艺签署文件和归档的工艺照片，以及电缆的各种插头插拔、打保险信息，会存放到数据库、MES/TC***，这些工艺信息，可以让各个***解析成为适合自己的存储展示方式；
第五，在数据接口模块中，已经传输到MES***、TC***、数据库的电缆工艺数据，会与原来各个***实时采集的数据再合并存放到各个***；数据库会从MES/TC***提取电缆网相关的执行记录数据，包含电缆安装状态数据，电缆插头插拔状态数据，电缆插头打保险状态数据基本信息；以及库房信息记录，包含仪器管理记录，出入库记录；以及工艺文件记录，包含电缆安装工艺，电缆插头相关工艺；都需要通过数据接口模块进行提取到***数据库；
第六，数据分析模块，对已经提取的普通执行记录数据，与样机模型、模型结构树进行代号或编码唯一标识进行匹配，然后在各所属的状态数据进行展示；对于电缆类型数据上所属的相关工艺和多媒体照片，则是提取在pad端电缆采集的相关工艺信息，根据工艺文件签署时存在的代号和要归档的照片进行匹配，调取然后对应关联；除此之外对于电缆安装数据，没有直接的执行记录进行引用，就需要具体分析某一类型数据，以MES***中库房管理—仪器管理数据为源对象，分析其产品代号、产品名称字段值，还要结合库房管理—物料查询-仪器管理数据里面的仪器库房状态，进行二次匹配，分析判断；最终实时得到电缆状态数据，像已安装、未安装关键值；
第七，在AR与电缆反馈模块，是根据数据库存在的电缆轻量化模型，处理得到AR的展示模型，在现场与电缆实物进行有效展示，实现电缆实物走向的布局对比，电缆实物的信息对比；实现从采集数据到实物安装的反馈，形成双向的闭环机制；
第八，在网页端电缆网数字孪生模型构建模块，首先依据TC***给定的整星模型结构树，与电缆轻量化模型进行从整星—舱段—舱板—设备产品代号进行匹配串联；再依据电缆里面与电缆支架、电连接器、电缆插头位置的全部相关数据进行串联；依次再与电缆相关工艺和照片进行再串联，实现网页端的电缆网数字孪生模型的构建。
2.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述pad端电缆工艺信息采集模块是依据电缆有附属关系的产品轻量化模型，读取包含在模型里面的属性信息，以及电缆的工艺文件。
3.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述扫描和传感信息采集模块包括外部扫描仪器、传感器检验设施，进行现场电缆安装过程的信息采集，包含电缆的位置信息，电缆插头插拔信息，电缆插头打保险信息。
4.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述采集信息传输模块通过pad端电缆工艺信息采集模块、扫描和传感信息采集模块，具体为通过pad端工具、扫描仪、传感器、摄像头，将签署的工艺和归档的照片，以及电缆的各种信息，实时的利用无线局域网，在指定网站进行定时、定量上传到目标服务器，同时反馈到***数据库进行分类整理，与已经提取的电缆类型数据进行关联和存储。
5.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述数据接口模块是打通TC***和MES***的接口，提取与电缆相关的执行记录数据，整合后存放到数据库，包含电缆插头插拔数据，电缆插头打保险数据，低频电缆状态数据。
6.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述数据分析模块通过数据库读取电缆相关的数据信息，多类型数据分析得出电缆状态的数据结果。
7.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述AR与电缆反馈模块是根据数据库存在的电缆轻量化模型，数据处理后得到AR的展示模型，在现场与电缆实物进行展示、布局对比以及信息对比。
8.根据权利要求1所述的面向航天器总装的电缆网数字孪生模型构建***，其特征在于，所述网页端电缆网数字孪生模型构建模块通过电缆轻量化模型，与已经获取的数据自顶向下的进行关联，实现在网页端对模型和数据动态实时展示、分析。
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