一种飞机装配过程在线仿真优化系统的制作方法

本发明涉及一种仿真技术，尤其是一种设备装配仿真技术，具体地说是一种实现对飞机装配现场的在线仿真优化以提高飞机装配效率的飞机装配过程在线仿真优化系统。

背景技术：

随着现代飞机装配生产线的柔性化程度不断提高，仅仅对飞机装配过程仿真已经不能满足更为高效的现场装配要求，而需要进一步对仿真结果进行分析评估，并对不满足装配要求的现场装配方案进行优化，从而获取更行之有效的装配方案指导现场的装配生产，提高现场的飞机的装配效率、提升飞机装配质量。

同时由于激烈的市场竞争以及向着多品种小批量的方向发展的客户需求，飞机的生产计划时刻可能变化。传统仿真方法费时费力，难以实时反映飞机装配现场的情况，无法应对变化的生产要求。相较之下，在线仿真优化可以做到数据驱动仿真、实时采集数据、实时显示结果以及优化装配方案等功能，使决策者可以实时把握飞机装配现场情况，并及时获取满足当前生产要求的装配方案，从而保证装配活动流畅、高效的运行。

现有的飞机装配仿真优化参数主要来源于经验数据或设定参数，导致仿真过程、仿真结果与实际相差较大，优化结果难以直接指导飞机装配生产，此外传统的车间生产信息获取依赖于人工对生产现场的物料配送、任务进度、设备利用等过程进行数据采集，导致信息实时性差、信息量小。本专利提出基于实时信息驱动的飞机装配在线仿真优化。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的飞机装配仿真优化参数主要来源于经验数据或设定参数，导致仿真过程、仿真结果与实际相差较大，优化结果难以直接指导飞机装配生产，此外，传统的车间生产信息获取依赖于人工对生产现场的物料配送、任务进度、设备利用等过程进行数据采集，导致信息实时性差、信息量小的问题，设计一种飞机装配过程在线仿真优化系统，为飞机装配现场提供在线仿真优化，并通过该系统来实现对飞机装配现场的在线仿真，以及对装配现场相应仿真模型的优化获取飞机装配的优化方案。

本发明的技术方案是：

一种飞机装配过程在线仿真优化系统，其特征在于它包括：

一在线仿真模块，在线仿真模块结合数据处理模块从各数据库中获取所需的飞机装配模型数据信息，通过信息采集设备实时采集现场各类装配资源信息来共同驱动装配模型进行仿真，并实时根据仿真检验结果在线调整仿真参数，最后再结合三维装配仿真软件实现实时显示仿真结果，从而实现飞机装配过程的在线仿真；在线仿真模块主要由实时采集子模块、数据驱动子模块和实时显示子模块组成；

一数据处理模块，数据处理模块是基于SQL数据库管理装配工艺数据、生产过程执行管理系统导出数据、装配产品数据、资源模型数据、知识数据，并基于可扩展标记语言定义不同类型数据的标准接口，保证数据的一致性和有效性，为系统模块间的实时数据交互提供保障，数据处理模块主要由数据管理子模块、数据交互子模块和数据接口子模块组成；

一系统优化模块，系统优化模块通过调用数据处理模块中的装配产品数据、装配资源数据、知识数据来构建当前飞机装配仿真模型，并对模型进行生产节拍、工序工时、人员规划、生产线瓶颈的仿真分析，随后从生产进度预测、生产能力、设备利用率、人员利用率、布局成本的角度对仿真分析结果进行评估，判断当前模型是否满足现场的装配要求，若不满足则从知识库中选择模型对应的优化模板、优化策略、优化方法，结合仿真软件从工艺流程、车间布局、标准作业、资源管理和生产能力方面实施仿真优化，从而获取现场决策所需的最佳飞机装配方案，系统优化模块主要由仿真优化子模块、仿真分析子模块和仿真评估子模块组成；

一资源模块，该资源模块包括：模型库、资源库、数据库以及知识库子模块，资源模块主要承担管理飞机装配过程在线仿真优化系统的数据资源管理，并存储系统各个模块所需数据信息；

一仿真结果输出模块，该仿真输出模块是将整线装配过程动画、工艺过程仿真动画、车间布局优化结果、工艺流程优化结果、布局成本统计、产线平衡统计以及各飞机装配在线仿真优化的结果输出，并通过数据处理模块将仿真优化结果实时传输到资源模块、生产过程执行管理系统以及企业资源管理系统；

基础设施，该基础设施为飞机装配过程在线仿真优化系统采集提供最初的信息数据，同时将系统所得的信息数据反馈到飞机装配现场以及相关的其他系统当中去，所述的基础设施包括现场信息采集器、无线定位设备、制造企业生产过程执行管理系统、企业资源管理系统以及各种飞机装配现场所需的设备和系统。

所述的在线仿真模块中的数据驱动子模块从资源模块以及实时采集到的各类装配资源信息中获得所需数据信息，并实时将所得数据信息输入仿真模型驱动装配仿真，同时根据仿真检验结果在线调整仿真参数，使得对飞机装配过程的仿真具有实时性和有效性；所述的在线仿真模块中的实时采集子模块用于在飞机装配在线仿真的过程中，实时采集装配工艺参数、整线装配参数、生产能力信息、人员布置信息、车间布局信息、车间调度信息以及各飞机装配现场数据，并经过数据处理从中提取飞机装配仿真所需的数据信息，随后与资源模块的数据信息一起实时输入到数据驱动子模块；所述的在线仿真模块中的实时显示子模块用于结合三维装配仿真软件实现实时显示装配仿真动画、装配仿真信息、装配工艺信息、资源管理统计、仿真评估信息以及各类仿真结果，从而方便现场人员对飞机装配过程的实时监控。

所述的数据处理模块中的数据交互子模块用于实现将系统中各个模块的数据交互传递，并根据各模块的数据需求，将其所需数据通过相应数据传递路径送至相关模块，从而保证各模块之间联系的实时性；所述的数据处理模块中的数据管理子模块胆基于SQL数据库管理装配工艺数据、生产过程执行管理系统导出数据、装配产品数据、资源模型数据、知识数据，同时将系统中各个模块所获得结果的数据与各数据库中的历史数据进行比对，并实时处理各项数据管理内容，从而高效地管理系统数据；所述的数据处理模块中的数据接口子模块是采用基于可扩展标记语言技术定义不同的标准接口，确保系统中各个模块的数据传输顺畅，从而保证数据的实时性、一致性、有效性。

所述的系统优化模块中的仿真优化子模块是借助各数据库中的知识信息以及数据处理模块传输的数据选取合适的优化模板、优化策略、优化方法及相关参数，对工艺流程、车间布局、标准作业、资源管理和生产能力进行仿真优化，通过对优化结果的仿真验证来检验优化结果的可行性，从而获得对飞机装配现场真实可行的优化方案；所述的系统优化模块中的仿真评估子模块是从生产进度预测、生产能力、设备利用率、人员利用率、布局成本出发对仿真分析结果进行评估，判断当前装配是否满足生产要求，不满足则对飞机装配仿真模型进行优化，从而获取满足生产要求的飞机装配方案；所述的系统优化模块中的仿真分析子模块是对所构建的飞机装配仿真模型从生产节拍、工序工时、人员规划、生产线瓶颈角度进行仿真分析，从而获取装配仿真的性能参数。

所述的模型库子模块储存管理有飞机装配过程中的产品模型、仿真模型、工艺逻辑模型。产品模型为飞机装配过程中液压、电气、环控、燃油各子系统的各类零部件及相关附件的模型；仿真模型是用于描述表达飞机装配过程中逻辑关系和约束关系，基于产品模型、工艺模型、仿真参数等共同构建的、并以便于系统处理的形式保存的模型；工艺逻辑模型是根据装配层次关系以及工序前后关系，并引入相关工艺信息建立而成的。

所述的资源库子模块是以企业现有的装配资源信息为基础，对通用设备、专用设备、工装工具以及装配人员资源进行分类，并通过有效的方法从海量数据中提取对装配制造过程常用的、关键的以及有代表性的资源信息，从而创建装配仿真所需资源的信息目录，同时根据企业相关标准及国家或者行业标准，来对信息目录中的资源进行编码归类，再依据建模规范创建各类资源模型。

所述的数据库子模块是基于SQL数据库管理系统的各类数据，其存储的数据有装配仿真过程数据、现场实施采集的数据以及优化仿真所获取数据，并对存储数据进行管理操作，从而保证其能实时支持系统各模块，同时尽可能减少数据冗余。

所述的所述知识库子模块存储管理解决飞机装配过程中的知识信息，可分为底层的装配事件知识、中间层的装配工艺规则和仿真优化技术以及最高层的装配策略和优化策略。

本发明的有益效果是：

本发明不仅借助实时数据驱动来在线仿真现场的飞机装配过程，同时对不满足现场装配要求的装配方案进行优化，从而实时为现场提供最优装配方案，提高飞机装配效率。

附图说明

图1为飞机装配过程在线仿真优化系统结构图。

图2为在线仿真模块结构图。

图3为在线仿真模块流程图。

图4为数据处理模块结构图。

图5为系统优化模块结构图。

图6为系统优化模块流程图。

图7为飞机装配过程在线仿真优化系统运行图。

具体实施方式

下面结构附图的具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1-7所示。

一种飞机装配过程在线仿真优化系统，如图1所示，其模块包括在线仿真模块、数据处理模块、系统优化模块、资源模块、仿真结果输出模块以及与系统相关的基础设施。

如图2所示，所述的在线仿真模块其包括数据驱动子模块、实时采集子模块以及实时显示子模块，其中数据驱动子模块从资源模块以及实时采集到的各类装配资源信息中获得所需数据信息，并实时将所得数据信息输入仿真模型驱动装配仿真，同时根据仿真检验结果在线调整仿真参数，使得对飞机装配过程的仿真具有实时性和有效性；在飞机装配在线仿真的过程中，实时采集子模块实时采集装配工艺参数、整线装配参数、任务进度信息、人员布置信息、设施位置信息、调度排产信息以及各飞机装配现场数据，并经过数据处理从中提取飞机装配仿真所需的数据信息，随后与资源模块的数据信息一起实时输入到数据驱动子模块；实时显示子模块结合三维装配仿真软件实现实时显示装配仿真动画、装配仿真信息、装配工艺信息、资源管理统计、仿真评估信息以及各类仿真结果，从而方便现场人员对飞机装配过程的实时监控。

如图3所示，所述的在线仿真模块的具体实施如下：

步骤1：运用传感器、UWB、RFID等数据采集技术实时采集飞机装配信息及相关物流信息，结合企业已有的MES系统、ERP系统导出相应的物料需求信息及生产任务进度信息，并根据实时信息建立一系列过程模型；

步骤2：从资源模块中各数据库获取预先运用CATIA、SolidWorks等外部软件构建的模型实体以及结合装配指令建立的装配逻辑模型，然后以飞机装配线为基准，搭建飞机装配车间布局模型。

步骤3：自动将实时数据以及所构建仿真模型输入到三维仿真软件DELMIA和Plant Simulation，数据驱动仿真模型进行飞机装配仿真；

步骤4：从物理干涉、装配逻辑、工艺流程等方面对仿真结果进行仿真验证，对于仿真结果评估不符合实际需求的方面进行相应的仿真参数调整；

步骤5：借助三维仿真软件的演示界面以及其输出接口将仿真结果输出，其包括装配仿真标准作业动画、产线平衡分析、设施及人员使用率、布局成本分析等。

如图4所示，所述的数据处理模块包括：数据交互子模块、数据管理子模块以及数据接口子模块，其中数据交互子模块的功能是实现将系统中各个模块的数据交互传递，并根据各模块的数据应用需求，将其所需数据传送至相关模块，从而保证各模块之间联系的实时性；数据管理子模块基于SQL数据库管理装配工艺数据、生产过程执行管理系统导出数据、装配产品数据、资源模型数据，同时将系统中各个模块所获得结果的数据与各数据库中的历史数据进行比对，并实时处理各项数据管理内容，从而高效地管理系统数据；数据接口子模块采用基于XML定义不同的标准接口，确保系统中各个模块的数据传输顺畅，从而保证数据的实时性、一致性、有效性。

如图5所示，所述的系统优化模块包括：仿真优化子模块、仿真评估子模块以及仿真分析子模块，其中仿真优化子模块借助各类数据选取合适的优化模板、优化策略、优化方法及相关参数，对工艺流程、车间布局、标准作业、资源管理和生产能力进行仿真优化，通过对优化结果的仿真验证来检验优化结果的可行性，从而获得对飞机装配现场真实可行的优化方案；仿真评估子模块从生产进度预测、生产能力、设备利用率、人员利用率、布局成本出发对仿真分析结果进行评估，不满足则对飞机装配仿真模型进行优化；仿真分析子模块对所构建的飞机装配仿真模型从生产节拍、工序工时、人员规划、生产线瓶颈角度进行仿真分析，从而获取装配仿真的性能参数。

如图6所示，所述的系统优化模块的具体实施如下：

步骤1：获取在线仿真模块中获得的飞机装配仿真模型以及仿真结果，借助资源模块中的知识库所存的装配知识从生产节拍、工序工时、人员规划、生产线瓶颈角度对当前的装配仿真模型进行仿真分析；

步骤2：在仿真分析结果的基础上，从生产进度预测、生产能力、设备利用率、人员利用率、布局成本出发对仿真分析结果进行评估；

步骤3：以装配计划、生产订单等为标准，根据仿真分析结果以及仿真评估结果判断当前飞机装配方案是否装配需求，满足装配需求的装配方案输出并作为历史数据保存到资源模块中；

步骤4：从工艺流程、车间布局、标准作业、资源管理和生产能力对飞机装配方案进行仿真优化，其中优化方案根据仿真分析以及仿真评估结果从资源模块中选取优化模板、优化策略、优化方法及相关参数，并将优化所得的装配方案进行仿真并验证其可行性，最终将可行的优化装配方案输出。

所述资源模块包括：模型库、资源库、数据库以及知识库，该模块主要承担管理飞机装配过程在线仿真优化系统的数据资源管理，并存储系统各个模块所需数据信息。

所述的基础设施包括传感器、RFID、UWB、MES、ERP以及各种飞机装配现场所需的设备和系统，其为飞机装配过程在线仿真优化系统采集提供现场的信息数据，同时将仿真分析结果反馈至飞机装配现场以及管理层。

如图7所示，本系统的运行流程为：实时数据信息通过传感器、RFID、UWB等手段采集获得，同时从MES、ERP等系统获取仿真所需信息，运用外部软件服务器中CATIA V6、SolideWorks等三维工程软件构建装配线中的人员、设备、产品等实物模型，此外通过DELMIA V6、PlantSimulation等三维仿真软件进行飞机装配仿真，其中通过DELMIA V6进行飞机装配过程仿真和干涉检测，PlantSimulation进行混流线产线仿真，最终将两者的仿真信息统一输入到数据库服务器中，采用SQL数据库对数据服务器中的数据信息进行读取存储，并且借助文件服务器获取用户权限可读取的信息数据以及外部应用服务器中的仿真优化结果，最后由其将结果输出到各终端如PC终端、PDA、平板电脑、大屏显示器等。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。