孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统及配置方法与流程

文档序号:19740896发布日期:2020-01-18 05:12阅读:来源:国知局

技术特征:

1.孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,包括智能建造设备、数据采集模块、无线传输模块以及建造质量管控模块;

所述智能建造设备,用于完成下达的包括加工、装配以及焊接建造任务在内的指令;

所述数据采集模块,用于实时采集船舶建造过程中小组立、中组立以及大组立的工艺数据以及装备运行状态数据;

所述无线传输模块,用于实现所述智能建造设备与建造质量管控模块之间的数据交互;

所述建造质量管控模块,包括虚拟模型仿真子模块、工艺参数优化子模块以及智能建造设备控制子模块;

所述虚拟模型仿真子模块,通过建立多数字孪生模型,依据孪生数据,对组立产品的建造流程进行仿真;

所述工艺参数优化子模块,根据数字孪生工艺模型的仿真结果和工艺推理知识,得出影响质量缺陷的工艺参数,采用深度神经网络算法,优化工艺参数;

智能建造设备控制子模块,是将孪生数据转化成生产线上设备可以执行的指令,将指令发送到特定的设备上,控制设备执行相应的动作。

2.根据权利要求1所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,孪生数据是将采集的工艺数据和设备运行状态数据,与历史数据融合后形成的;孪生数据是多数字孪生模型进行仿真模拟的基础,多数字孪生模型包括数字孪生装备模型,数字孪生工艺模型以及数字孪生产品模型。

3.根据权利要求1所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,数字孪生工艺模型包括数字孪生机械加工工艺模型、数字孪生装配工艺模型以及数字孪生焊接工艺模型。

4.根据权利要求1所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,工艺推理是指通过工艺参数分析判断影响质量的因素,与质量指标比对,从而能为数字孪生工艺模型的质量仿真结果得出需要优化的工艺参数。

5.根据权利要求1所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,工艺数据包括机械加工工艺参数、装配工艺参数以及焊接工艺参数;其中机械加工工艺参数包括尺寸、形状、板材厚度以及表面粗糙度参数;装配工艺数据包括尺寸精度、位置精度以及垂直度参数;焊接工艺数据包括焊接电流。电弧电压、焊接速度、气体流量以及电源极性参数。

6.根据权利要求4所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,质量指标按照工艺分成三类:机械加工工艺质量指标、装配工艺质量指标以及焊接工艺质量指标。

7.根据权利要求6所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统,其特征在于,机械加工工艺质量指标为零件尺寸、形状以及表面粗糙度;装配工艺质量指标为对接缝间隙、平行度;焊接工艺质量指标为焊缝尺寸和形状、焊接变形以及水密性。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的孪生数据驱动的船舶组立产品质量管控系统的配置方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)智能建造设备配置swe

首先,为船舶分段建造过程的组立产品配置若干个带有传感器设备的胎架工艺装备,机械加工设备,装配、焊接机器人,一台plc嵌入式系统设备以及摄像头装置,自主形成组立产品的柔性加工生产线,智能建造设备配置的建模表达式为:

swe={sci,me,wr,es,ce}

{sc1,sc2…scn-1,scn}={ss,ts,…cs,vs}

式中的,板材、型材在机械加工设备me上切割成相应的形状、尺寸的后,吊运到带有传感器设备的胎架工艺装备sci上,配置的装配、焊接机器人wr对板材、型材进行装配、焊接工艺,形成船舶中间产品小、中、大组立;

2)数据采集模块配置dam

配置一台plc嵌入式系统设备es和多智能感知设备采集船舶分段建造过程组立产品的工艺数据,其中配置一台rfid手持式数据采集器采集建造过程所用资源的信息,配置包括激光传感器ss、厚度传感器ts、电流传感器cs、电压传感器vs在内的传感器装备采集建造过程的包括机械加工工艺、装配工艺以及焊接工艺在内的数据,由配置的plc嵌入式系统设备es通过无线传输模块将实时采集的数据上传到建造质量管控模块;配置一台人机交互终端,用于实时显示摄像头装置ce采集的实时建造任务情况,并且提供相应的数据输入请求界面,对建造过程的加工生产线进行控制,采集的工艺数据建模表达式为:

pd∈{mp,ap,wp}

式中,pd表示当前零部件的工艺数据类别,mp表示当前零部件的机械加工工艺参数,ap表示当前零部件的装配工艺参数,wp表示当前零部件的焊接工艺参数;

3)无线传输模块配置wtm

根据船舶分段建造过程中数据采集设备多样性、复杂性的特点,船舶建造车间布置zigbee无线传输网络,采用星型网络布置,并且配置多源异构数据通讯接口;经过zigbee无线网络和标准化数据通讯接口将实时工艺数据接入到上位机的建造质量管控模块,形成船舶建造车间局域物联网,实现建造车间的工艺数据流通;

4)建造质量管控模块配置qc

建造质量管控模块配置分为三个子模块,三个子模块间的建模表达式为:

式中,qc表示建造质量管控模块,vm表示虚拟模型仿真子模块,po表示工艺参数优化子模块,ec表示智能建造设备控制子模块,表示以建造质量管控模块的逻辑顺序处理流向;

首先,采集的工艺数据、装备运行状态数据与历史数据融合,形成孪生数据,是多数字孪生模型仿真模拟的基础,数据通讯接口与多数字孪生模型建立双向数据通道,多数字孪生模型包括数字孪生装备模型,数字孪生工艺模型以及数字孪生产品模型,按照一定的建造流程逻辑关系进行仿真,模拟实际建造车间运作、船舶中间产品制造工艺流程,多数字孪生模型建模表达式为:

式中,mdt’表示多数字孪生模型,edt’表示数字孪生装备模型,pdt’表示数字孪生工艺模型,pdt表示数字孪生产品模型,表示物理空间与数字孪生模型真实映射;

其次,根据数字孪生工艺模型对工艺参数的仿真结果,结合工艺推理,得到待优化的工艺参数,再结合深度神经网络算法,对工艺参数优化,最后将优化的工艺参数结果转化成设备可以识别的指令,通过接口下达至物理建造车间的智能建造设备,调整船舶分段建造组立产品的工艺流程,从而实现船舶分段建造过程质量管控。

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