一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统

本发明涉及数字孪生领域，尤其涉及的是一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统。

背景技术：

1、在制造业和工业自动化领域，数字孪生技术已经成为一项重要的创新，它为工厂和车间提供了实时监测、模拟和优化生产过程的能力。数字孪生是一种将现实的物理对象进行信息采集并且数据处理后，在虚拟世界中建立起可以通过动态反馈进行互相联系的数字模型，通过数字模型可以反映系统的运行状况和性能。

2、在传统工厂中，数据采集通常是分散的，不同设备和系统使用不同的数据格式和通信协议，数据的多源异构性导致了数据孤岛问题，使数据整合和分析变得困难。此外，现有的制造系统通常缺乏智能决策支持，车间生产过程的运行分析和决策通常依赖于准确模型和高效算法(即依赖于模型驱动)。随着车间生产逐步向着自动化、数字化和智能化方向发展，车间生产问题变得越来越复杂，基于模型驱动的方法无法有效反馈以及解决生产过程中的问题。

3、因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统，以解决传统的模型驱动方法无法有效反映生产车间的系统运行状况和性能的问题，并采用软件定义传输和存储提高系统的可扩展性与灵活性。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统，包括：

4、数据源模块，用于获取多源异构数据，并模拟得到孪生模型子模块，进行虚实映射；

5、预处理模块，用于对多源异构数据进行预处理；

6、数据分析模块，用于对预处理后的多源异构数据进行分析与挖掘；

7、数据可视化模块，用于根据分析与挖掘的结果进行可视化展示；

8、服务应用模块，用于提供上层应用服务功能的一系列应用程序和工具；

9、传输模块与存储模块，采用软件定义技术，用于传输和存储各模块产生的数据。

10、在一种实现方式中，所述数据源模块包括：生产车间子模块和孪生模型子模块；所述数据源模块用于获取生产车间的各种数据，并根据所获取的数据模拟得到车间级数字孪生模型。

11、在一种实现方式中，所述生产车间子模块通过数据感知和数据采集的方式从生产设备、传感器以及其他设备中获取得到生产车间的多源异构数据；其中，所述多源异构数据包括：设备状态、生产效率、能源消耗以及环境条件。

12、在一种实现方式中，所述孪生模型子模块包括：车间3d模型、知识库、规则库以及专家系统，所述孪生模型子模块用于模拟所述生产车间的生产流程、设备配置、资源调度以及工艺参数。

13、在一种实现方式中，所述预处理模块具体用于对所述多源异构数据中的缺失、重复、异常以及不一致的数据进行清洗和转换，得到所述预处理后的多源异构数据。

14、在一种实现方式中，所述数据分析模块利用关联算法、分类算法以及聚类算法，对所述预处理后的多源异构数据进行分析与挖掘，得到所述分析与挖掘的结果。

15、在一种实现方式中，所述数据可视化模块将分析结果以图形、图表、报告和仪表板的形式呈现，使操作人员和决策者能够直观地理解和解释数据。

16、在一种实现方式中，所述服务应用模块基于数据分析和可视化结果，提供具有自动化控制、生产优化、资源调度、预测性维护、质量改进、成本管理功能的一系列应用程序和工具。

17、在一种实现方式中，所述传输模块基于软件定义传输技术以动态编排的方式自适应配置传输通道，并根据自适应配置的传输通道将多源异构数据传输至对应的模块。

18、在一种实现方式中，所述存储模块基于软件定义存储技术将数据根据数据类型和用户需求，动态配置存储资源并将数据存储在不同的数据库中。

19、本发明采用上述技术方案具有以下效果：

20、本发明提出一种基于数字驱动的车间级数字孪生系统架构。它结合了数据源、数据预处理、数据分析、可视化以及应用服务等功能，为工业生产提供了一个全新的解决方案；本发明采用数字驱动方法对数据进行分析与挖掘，解决了传统的模型驱动方法无法有效反映生产车间的系统运行状况和性能的问题，并且采用了软件定义的传输和存储，提高了系统的可扩展性和灵活性。

技术特征：

1.一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述数据源模块包括：生产车间子模块和孪生模型子模块；所述数据源模块用于获取生产车间的各种数据，并根据所获取的数据模拟得到车间级数字孪生模型。

3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述生产车间子模块通过数据感知和数据采集的方式从生产设备、传感器以及其他设备中获取得到生产车间的多源异构数据；其中，所述多源异构数据包括：设备状态、生产效率、能源消耗以及环境条件。

4.根据权利要求2所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述孪生模型子模块包括：车间3d模型、知识库、规则库以及专家系统，所述孪生模型子模块用于模拟所述生产车间的生产流程、设备配置、资源调度以及工艺参数。

5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述预处理模块具体用于对所述多源异构数据中的缺失、重复、异常以及不一致的数据进行清洗和转换，得到所述预处理后的多源异构数据。

6.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述数据分析模块利用关联算法、分类算法以及聚类算法，对所述预处理后的多源异构数据进行分析与挖掘，得到所述分析与挖掘的结果。

7.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述数据可视化模块将分析结果以图形、图表、报告和仪表板的形式呈现，使操作人员和决策者能够直观地理解和解释数据。

8.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述服务应用模块基于数据分析和可视化结果，提供具有自动化控制、生产优化、资源调度、预测性维护、质量改进、成本管理功能的一系列应用程序和工具。

9.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述传输模块基于软件定义传输技术以动态编排的方式自适应配置传输通道，并根据自适应配置的传输通道将多源异构数据传输至对应的模块。

10.根据权利要求1所述的基于数据驱动的车间级数字孪生系统，其特征在于，所述存储模块基于软件定义存储技术将数据根据数据类型和用户需求，动态配置存储资源并将数据存储在不同的数据库中。

技术总结
本发明公开了一种基于数据驱动的车间级数字孪生系统，包括：数据源模块，用于获取多源异构数据，并模拟得到孪生模型子模块，进行虚实映射；预处理模块，用于对多源异构数据进行预处理；数据分析模块，用于对预处理后的多源异构数据进行分析与挖掘；数据可视化模块，用于根据分析与挖掘的结果进行可视化展示；服务应用模块，用于提供上层应用服务功能的一系列应用程序和工具；传输模块与存储模块，用于传输和存储各模块产生的数据。本发明采用数字驱动方法对数据进行分析与挖掘，解决了传统的模型驱动方法无法有效反映生产车间的系统运行状况和性能的问题，并采用软件定义的传输和存储，提高了系统的可扩展性和灵活性。

技术研发人员：刘里斯,卓永就,钟小品,吴宗泽
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17