CN114859830A - 一种应用于工业生产的数字孪生*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于工业生产的数字孪生***，包括：物理实体模块、数据采集模块、数字孪生模块、数据优化模块和多维展示模块；数据采集模块用于采集物理实体模块的工业生产数据，并将工业生产数据根据优先级进行调度；数字孪生模块用于将现实中的物理实体建立数字孪生体，对工业生产数据进行仿真和建模；数据优化模块用于实现物理层面与模拟数字孪生层面的交互与同步反馈，形成闭环；多维展示模块用于将模拟仿真结果进行多维度展示。本发明解决了对生产线执行制造过程的实时动态仿真、虚拟监控、分析评估等问题，提高了车间生产线一体化、可视化管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生数据管理技术领域，更具体的说是涉及一种应用于工业生产的数字孪生***。
背景技术
数字孪生技术起源于美国国家宇航局在阿波罗项目中对飞行器的镜像，并在飞行状态监控中应用。通用电气公司在其云平台上实施数字孪生体，采用大数据、物联网等先进技术，实现对发动机的实时监控、及时检查和预测性维护。
应用于工业化生产的数字孪生技术能够把研发到生产的技术流程打通，且能够利用虚拟模型仿真未知的领域和设计，也可以避免直接在生产中的实施产生的安全隐患。同时，数字孪生体是信息物理网络CPS实施和发展的技术手段，将对产品制造过程的智能化和产品本身的智能化结合起来。使得实体产品的生产加工和运行状态能够实时、精确地反映在虚拟空间中，实现了信息的双向流动，利用信息的反馈机制对产品制造进行精确控制。数字孪生模拟与知识库联系，形成分析和决策结果，指导实际生产。因此将数字孪生技术应用于工业生产是非常必要的。
但由于数字孪生技术尚不成熟，主要应用于产品设计，在生产***和车间方面的应用较少。因此，如何将数字孪生技术应用于实际工业生产中，成为现有技术研究的方向。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种应用于工业生产的数字孪生***，解决对生产线执行制造过程的实时动态仿真、虚拟监控、分析评估等问题，提高了车间生产线一体化、可视化管理水平。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种应用于工业生产的数字孪生***，包括：物理实体模块、数据采集模块、数字孪生模块、数据优化模块和多维展示模块；
所述数据采集模块用于采集物理实体模块的工业生产数据，并将工业生产数据根据优先级进行调度；
所述数字孪生模块用于将现实中的物理实体建立数字孪生体，对工业生产数据进行仿真和建模；
所述数据优化模块用于实现物理层面与模拟数字孪生层面的交互与同步反馈，形成闭环；
所述多维展示模块用于将模拟仿真结果进行多维度展示。
优选的，所述工业生产数据包括但不限于工业生产进度数据、物流数据、实施工时数据和仪器设备数据。
优选的，所述数据采集模块包括智能感知节点单元、任务属性定义单元、任务调度缓存单元和任务调度优先级判断单元；
所述智能感知节点单元用于采集物理实体模块的工业生产数据；
所述任务属性定义单元用于根据所述工业生产数据定义任务复杂性和允许等待的最大时刻；
所述任务调度缓存单元用于对分批到达的任务进行缓存；
所述任务调度优先级判断单元用于根据任务复杂性和允许等待的最大时刻计算分批到达任务的调度优先级，将调度优先级进行排序，并将调度优先级最高的数据调度到数字孪生模块。
优选的，还包括区块链模块，所述区块链模块与所述数字孪生模块通讯，用于保证数字孪生体创建过程以及虚拟仿真过程数据的安全性。
优选的，所述区块链模块包括区块头和区块体，所述区块头为所述区块体的唯一标识，所述区块体用于存储所述数字孪生模块中数字孪生体数据。
优选的，还包括生产线性能评估模块，用于对工业生产的生产线作综合性能评估。
优选的，所述生产线性能评估模块包括数据处理单元、指标计算单元和综合评估单元；
所述数据处理单元用于接收并处理数据采集模块发送的实际生产线生产状态数据，并将这些数据发送给指标计算单元；
所述指标计算单元集成了数个生产线单项性能指标的计算方法，将单项性能指标结果转发给综合评估单元；
所述综合评估单元根据预设的评价标准，将单项性能指标计算结果作为输入，采用层次分析方法，得到综合性能评估分值，对该条生产线的综合性能作出整体性评估。
本发明具有以下优点：
1)通过数字孪生体与现实设备的数据实时互通，对设备生产的生命周期过程进行精准仿真预测与分析，大幅度提高生产和管理效率。同时，将区块链技术用于解决数字孪生体构建过程中数据的安全、可信问题，极大的推动了工业互联网领域的科技化、智能化发展，能够有效的解决现有技术中存在的缺陷和不足；
2)能够在一定程度上解决紧急任务无法被立即调度的问题，提高数字孪生***复杂任务调度效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种应用于工业生产的数字孪生***原理框图。
图2附图为本发明提供的数据采集模块结构框图。
图3附图为本发明提供的生产线性能评估模块结构框图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种应用于工业生产的数字孪生***，包括：物理实体模块、数据采集模块、数字孪生模块、数据优化模块和多维展示模块。
数据采集模块用于采集物理实体模块的工业生产数据，并将工业生产数据根据优先级进行调度。具体为：数据采集模块包括智能感知节点单元、任务属性定义单元、任务调度缓存单元和任务调度优先级判断单元；
智能感知节点单元用于采集物理实体模块的工业生产数据；
任务属性定义单元用于根据工业生产数据定义任务复杂性和允许等待的最大时刻；
任务调度缓存单元用于对分批到达的任务进行缓存；
任务调度优先级判断单元用于根据任务复杂性和允许等待的最大时刻计算分批到达任务的调度优先级，将调度优先级进行排序，并将调度优先级最高的调度到数字孪生模块。
数字孪生模块主要包括物理空间和数字虚拟空间；数字孪生模块将现实中的物理实体建立起数字孪生体，并根据模拟仿真、空间映射、预测方案解决实际问题。结合数字化技术和人工智能技术对基础设备、产品***、生产环境进行多层次、全维度的仿真和建模。
数据优化模块用于实现物理层面与虚拟数字孪生层面的交互与同步反馈，完善物理空间中的流程。孪生数据源于物理实体、虚拟模型和虚拟孪生体应用服务，数据优化模块将物理实体、数字孪生模型和数字孪生体连接为一个有机的整体，使得信息与数据在各部分间相互耦合与交互反馈，实现生产过程的闭环反馈控制及虚实之间的双向连接，具体可以包括精度分析与优化、资源和质量实时监控、调度优化等。
多维展示模块通过可视化工具将虚拟仿真结果在终端进行多维度和更加直观的展示。支持高分辨率三维可视化，满足成果与模型展示、人机交互、团队协同工作应用功能需求。本发明采用Echarts和Three.js技术相结合的方式展示仿真结果和模型。使用Echarts技术展示数据仿真和建模过程中实时数据或统计数据，Three.js技术提供丰富的三维模型显示功能，使用此技术实现数字孪生模型的可视化展示，以一种更加直观、便捷的交互方式实时监视仿真数据的动态变化。
为优化上述技术方案，还包括区块链模块，利用区块链技术的可追溯性、安全性和高可用性保证数字孪生体创建过程以及虚拟仿真过程中数据的安全性。区块链模块依托互联网技术构建一个对等网络平台。在区块链模块中构建区块，其中包含区块头和区块体，区块头是区块的唯一标识，区块体用来存储从孪生体模块中所获得的数字孪生体的数据。通过共识机制选举出共识节点参与共识，最终生成新的区块并将不同的区块上链，连接起来形成一个完整的数字孪生体的数据区块链。
区块链模块把数据封装为交易并对数据进行存储，存储数据的结构为默克尔树结构，不同时刻的数据将在预设时间内进行收集并形成一个新的交易，通过默克尔树的形式进行存储。
为优化上述技术方案，还包括生产线性能评估模块，生产线性能评估模块包括数据处理单元、指标计算单元和综合评估单元；数据处理单元用于接收并处理数据采集模块发送的实际生产线生产状态数据，并将这些数据发送给指标计算单元；指标计算单元集成了数个生产线单项性能指标的计算方法，将单项性能指标结果转发给综合评估单元；综合评估单元根据预设的评价标准，将单项性能指标计算结果作为输入，采用层次分析方法，得到综合性能评估分值，对该条生产线的综合性能作出整体性评估。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，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 (7)
1.一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，包括：物理实体模块、数据采集模块、数字孪生模块、数据优化模块和多维展示模块；
所述数据采集模块用于采集物理实体模块的工业生产数据，并将工业生产数据根据优先级进行调度；
所述数字孪生模块用于将现实中的物理实体建立数字孪生体，对工业生产数据进行仿真和建模；
所述数据优化模块用于实现物理层面与模拟数字孪生层面的交互与同步反馈，形成闭环；
所述多维展示模块用于将模拟仿真结果进行多维度展示。
2.根据权利要求1所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，所述工业生产数据包括但不限于工业生产进度数据、物流数据、实施工时数据和仪器设备数据。
3.根据权利要求1所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，所述数据采集模块包括智能感知节点单元、任务属性定义单元、任务调度缓存单元和任务调度优先级判断单元；
所述智能感知节点单元用于采集物理实体模块的工业生产数据；
所述任务属性定义单元用于根据所述工业生产数据定义任务复杂性和允许等待的最大时刻；
所述任务调度缓存单元用于对分批到达的任务进行缓存；
所述任务调度优先级判断单元用于根据任务复杂性和允许等待的最大时刻计算分批到达任务的调度优先级，将调度优先级进行排序，并将调度优先级最高的数据调度到数字孪生模块。
4.根据权利要求1所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，还包括区块链模块，所述区块链模块与所述数字孪生模块通讯，用于保证数字孪生体创建过程以及虚拟仿真过程数据的安全性。
5.根据权利要求4所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，所述区块链模块包括区块头和区块体，所述区块头为所述区块体的唯一标识，所述区块体用于存储所述数字孪生模块中数字孪生体数据。
6.根据权利要求1所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，还包括生产线性能评估模块，用于对工业生产的生产线作综合性能评估。
7.根据权利要求6所述的一种应用于工业生产的数字孪生***，其特征在于，所述生产线性能评估模块包括数据处理单元、指标计算单元和综合评估单元；
所述数据处理单元用于接收并处理数据采集模块发送的实际生产线生产状态数据，并将这些数据发送给指标计算单元；
所述指标计算单元集成了数个生产线单项性能指标的计算方法，并将单项性能指标计算结果转发给综合评估单元；
所述综合评估单元根据预设的评价标准，将单项性能指标计算结果作为输入，采用层次分析方法，得到综合性能评估分值，对该条生产线的综合性能作出整体性评估。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115495485A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-20 | 广西产研院人工智能与大数据应用研究所有限公司 | 一种具有区块链特征的物联网应用数字孪生方法 |
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2022
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|---|---|---|---|---|
| CN115495485A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-20 | 广西产研院人工智能与大数据应用研究所有限公司 | 一种具有区块链特征的物联网应用数字孪生方法 |
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