一种数字化虚拟工厂构建系统的制作方法

本发明属于熟悉孪生，具体地说，涉及一种数字化虚拟工厂构建系统。

背景技术：

1、数字孪生是充分利用物理模型，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，模拟物理模型在现实环境中的行为。随着传统的制造业向智能制造方向发展,将实体工厂与虚拟工厂进行交互控制管理，实现产业的升级改造，提高实体工厂的工作效率。

2、申请号为cn201910253799的中国专利公开了一种基于数字孪生平台的工厂管理系统及其方法，包括工厂层，包括所述3d模型中的工厂建筑数字孪生体以及所述工厂建筑数字孪生体的参数信息；车间层，包括车间内的车间设备数字孪生体以及所述车间设备数字孪生体的参数信息；设备层，包括生产设备数字孪生体以及所述生产设备数字孪生体的参数信息；以及控制层，用于根据实际车间内传输的信号控制所述工厂层、车间层和设备层中的数字孪生体产生相应动作，并选择查看所述工厂层、车间层和设备层中任意数字孪生体及其参数信息。

3、上述方案中通过数字孪生体的建立以及数字孪生体与实际车间内的同步通讯连接，实现实时显示车间内设备的基本信息和运行状态，还能够根据需求选择任一设备进行监控。由于建立数字孪生体的过程中需要存储海量的实际车间的数据，而海量数据的接收和发送会影响数字孪生体建立的速度，进而影响构建数字孪生体的效率。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种数字化虚拟工厂构建系统，通过构建工业大数据平台不仅能够存储海量数据，还能够提升海量数据的接收和发送的速度，提高数字孪生模块的构建效率。

2、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

3、一种数字化虚拟工厂构建系统，包括采集模块、构建模块、数字孪生构建模块和可视化呈现模块；

4、采集模块用于采集工厂的传感数据，传感数据至少包括工厂内产品的仿真数据、工厂内设备的工艺流程数据和工厂内机器人的动作数据、运动数据中的一种或多种；

5、构建模块用于部署工业大数据平台，将工厂内的传感数据存储在工业大数据平台上，并发送给数字孪生构建模块；

6、数字孪生构建模块用于根据传感数据构建数字孪生模型；

7、可视化呈现模块用于实现数字孪生模型可视化。

8、优选地，基于hdfs系统部署工业大数据平台，并设置边缘计算网关，对采集的传感数据进行预处理，将预处理完成后的数据存储在工业大数据平台上。

9、优选地，基于hdfs系统构建工业大数据平台具体包括，构建hdfs集群，根据预处理完成后的数据，设置hdfs集群的服务器数量，将预处理完成后的数据存储在hdfs集群的服务器，并使用接口与hdfs系统实现交互。

10、优选地，基于hdfs系统构建工业大数据平台还包括，在工业大数据平台上集成spark组件，用于对存储的数据并行分析。

11、优选地，根据传感数据构建数字孪生模型，包括，根据工厂内设备的工艺流程数据，构建工艺流程数字孪生模型；根据工厂内产品的仿真数据，构建产品数字孪生模型；根据工厂内机器人的动作数据和运动数据，构建机器人的数字孪生模型。

12、优选地，采用process mining算法构建实体设备的工艺流程数字孪生模型。

13、优选地，在process mining算法中导入工艺流程数据，通过process discovery算法获得工艺流程数字孪生模型，通过conformance checking算法评估工艺流程数字孪生模型。

14、优选地，收集产品的设计图，根据产品的设计图和产品的仿真数据，采用gans的实现方式生成产品数字孪生模型。

15、优选地，根据工厂内当前的运行数据，输入到对应的数字孪生模型中，用于对数字孪生模型优化；

16、当前的运行数据包括产品当前的仿真数据、当前的工艺流程数据和机器人当前的动作数据、运动数据。

17、优选地，构建机器人的数字孪生模型具体方法包括，

18、s1、构建机器人的功能模块，功能模块包括动作模块和运动模块；

19、s2、建立功能模块的输入接口和输出接口；

20、s3、构建并应用ros系统，利用ros系统中的topic、service、action中的至少一种机制进行各个功能模块之间的交互；

21、s4、根据功能模块、输入接口和输出接口，利用仿真软件生成机器人的数字孪生模型。

22、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

23、本发明的数字化虚拟工厂构建系统，通过部署工业大数据平台能够存储传感数据，另外基于hdfs系统部署工业大数据平台，不仅能够对传感数据进行压缩，降低存储的成本，还能够提高数据的接收和发送的速度，提高构建数字孪生模型的效率。

24、本发明采用process mining算法构建实体设备的工艺流程数字孪生模型，减少了手工建模的工作量，避免了手工建模存在的建模效率低、成本高，同时手动建模对工厂内部环境建模不准确的问题。

25、本发明构建机器人的数字孪生模型，构建并应用ros系统实现机器人各个功能模块之间的交互，从而利用机器人的数字孪生模型对实体设备进行远程监控。

26、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，包括采集模块、构建模块、数字孪生构建模块和可视化呈现模块；

2.根据权利要求1所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，基于hdfs系统部署工业大数据平台，并设置边缘计算网关，对采集的传感数据进行预处理，将预处理完成后的数据存储在工业大数据平台上。

3.根据权利要求2所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，基于hdfs系统构建工业大数据平台具体包括，构建hdfs集群，根据预处理完成后的数据，设置hdfs集群的服务器数量，将预处理完成后的数据存储在hdfs集群的服务器，并使用接口与hdfs系统实现交互。

4.根据权利要求3所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，基于hdfs系统构建工业大数据平台还包括，在工业大数据平台上集成spark组件，用于对存储的数据并行分析。

5.根据权利要求2所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，根据传感数据构建数字孪生模型，包括，根据工厂内设备的工艺流程数据，构建工艺流程数字孪生模型；根据工厂内产品的仿真数据，构建产品数字孪生模型；根据工厂内机器人的动作数据和运动数据，构建机器人的数字孪生模型。

6.根据权利要求5所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，采用process mining算法构建实体设备的工艺流程数字孪生模型。

7.根据权利要求6所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，在process mining算法中导入工艺流程数据，通过process discovery算法获得工艺流程数字孪生模型，通过conformance checking算法评估工艺流程数字孪生模型。

8.根据权利要求5所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，收集产品的设计图，根据产品的设计图和产品的仿真数据，采用gans的实现方式生成产品数字孪生模型。

9.根据权利要求8所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，根据工厂内当前的运行数据，输入到对应的数字孪生模型中，用于对数字孪生模型优化；

10.根据权利要求5所述的数字化虚拟工厂构建系统，其特征在于，构建机器人的数字孪生模型具体方法包括，

技术总结
本发明公开了一种数字化虚拟工厂构建系统，包括采集模块、构建模块、数字孪生构建模块和可视化呈现模块。采集模块用于采集工厂的传感数据；构建模块用于部署工业大数据平台，将工厂内的传感数据存储在工业大数据平台上，并发送给数字孪生构建模块；数字孪生构建模块用于根据传感数据构建数字孪生模型；可视化呈现模块用于实现数字孪生模型可视化。本发明通过构建工业大数据平台，将传感数据存储在工业大数据平台上，不仅能够存储海量数据，还能够提升数据的接收和发送的速度，提高数字孪生模块的构建效率。

技术研发人员：张恩康,贾子敬,曲峰,白腾,韩磊,温亚兵,彭佳辉,孙大伟,户宁宁
受保护的技术使用者：中车青岛四方机车车辆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4