[发明专利]应用于工业生产的数字孪生系统及其形成方法

说明书

本发明公开了一种应用于工业生产的数字孪生系统及其形成方法，其中所述的应用于工业生产的数字孪生系统基于工业化的智能生产系统而设置，包括依次连接的物理实体层、数据采集层、数字孪生及其信息模型层、过程优化层，且过程优化层还通过反馈控制连接物理实体层，形成闭环。本发明能够对生产进行更加智能化的控制，适用于所有生产及厂务系统（生产设备、生产线）和使用维护中的监控及预测管理系统。

技术领域

本发明属于智能制造领域，涉及一种数字孪生系统，具体地说是一种应用于工业生产的数字孪生系统及其形成方法。

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，数字孪生体的是信息物理网络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成为。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，在生产系统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

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种应用于工业生产的数字孪生系统，以令其能够促进工业化生产，实现工业化生产的智能化。

本发明还提供了一种上述应用于工业化生产的数字孪生系统与生产系统的映射方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于工业生产的数字孪生系统，基于工业化的智能生产系统而设置，包括依次连接的物理实体层、数据采集层、数字孪生及其信息模型层、过程优化层，且过程优化层还通过反馈控制连接物理实体层，形成闭环。

作为对本发明的限定：所述数据采集层包括设于物理实体层各个机械设备上的传感器，用于实时采集工业化生产进度数据、物流数据、实施工时数据、人员状态数据、质量数据、仪器设备数据、工装工具数据、逆向问题数据。

作为对本发明的另一种限定：所述数字孪生及其信息模型层包括虚拟空间的数字孪生体与数据模型，其中虚拟空间的数字孪生体包括流程化数字孪生体、产品数字孪生体，数据模型包括制造信息库、工艺信息库、三维模型信息库，以及流程化数字孪生体。

本发明还提供了一种应用于工业生产的数字孪生系统与生产系统的映射方法，包括依次进行的以下步骤：

一、形成映射关系：将物理实体层中的各个设备以及其之间的连接关虚拟化，形成工业化生产中实体与孪生数字系统的映射关系；

二、搭建相应的数字孪生体系：分别建立不同的模型，令数据采集层采集物理实体层的各项数据信息；本步骤中通过数字线程集成远程运维生命周期全过程的模型，并与实际的智能生产系统和数字化测量检测系统匹配，进一步与嵌入式的信息物理融合系统进行无缝的集成和同步，从而使远程运维及其大数据平台上看到物理实体层中的实际物理设备可能发生的情况；

三、数字孪生体框架搭建：将物理实体层、数据采集层、数字孪生及信息模型层、过程优化层依次连接，形成闭环。

作为对上述方法的限定：所述步骤一包括依次进行的以下步骤：

1）建立仿真分析模型，