[发明专利]基于CPS制造组件自相似建模和自组织分层聚集方法及无人生产线自相似分形重构系统

说明书

本发明公开了一种基于CPS制造组件自相似建模和自组织分层聚集方法及无人生产线自相似分形重构系统，首先获取订单任务信息；在当前产线状态无法完成订单任务情况下对当前无人生产线进行解耦得到不同层级的CPS制造组件；将订单任务分解成若干子加工任务；形成可完成订单子任务的多层次多粒度CPS制造组件；将订单任务和CPS制造组件进行匹配组合，以获得当前状态下符合要求的CPS制造组件集合，形成订单定制重构生产线。本发明提供的方法是一种基于层次化数字孪生的方法及系统，根据自相似分形理论和数字孪生技术实现人机物虚实融合驱动的自相似分形重构制造系统，以实现当当前产线无法满足生产需求时，对产线进行自适应快速重构。

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，特别是一种基于CPS制造组件自相似建模和自组织分层聚集方法及无人生产线自相似分形重构系统。

背景技术

随着社会经济的发展，多样化的个性化客户需求变化(汽车、热水器等)也越来越快，而使得产品市场需求的种类、数量也在随之快速增长、波动、变化，然而现有制造系统已经无法适应当前快速变化的市场形势。此外，当前缺乏自主重构能力的生产线在加工生产任务时，不可避免的出现生产能力过剩或者生产能力不足的现象，造成生产成本的不合理利用和非必要闲置浪费。此外，随着人力成本暴涨式增加和在极端工作环境(高温、高压、缺氧等极端工作环境)下人员安全因素的考虑，生产线逐渐部署更多信息化技术及AI技术，呈现大数据驱动的无人化发展趋势。在此背景下，为实现对生产过程的精细化感知控制，在重构过程中对人(专家的知识信息)、机(计算机中的加工过程信息模型)、物(生产设备信息)的虚实融合信息进行考虑是必不可少的，因此人机物虚实融合驱动无人化生产线的自主动态重构能力至关重要。

因此，为了快速满足个性化多样化的客户需求，提高企业市场竞争力，研究可重构无人自主制造系统势在必行。

然而当前确实有一些具有可重构能力的制造系统，例如可重构制造系统(RMS)、子细胞制造系统(HMS)、分形制造系统(FrMS)、虚拟细胞制造系统(VCM)。但是这些系统均未考虑无人生产过程中人机物虚实融合信息，无法适用于人机物虚实融合的无人生产线自主重构过程，更无法实现无人加工生产线高度抽象和自然解耦。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于CPS制造组件自相似建模和自组织分层聚集方法及无人生产线自相似分形重构系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基于CPS制造组件自相似建模方法，包括以下步骤：

在数字孪生模型中按照分形原理及自相似性，将无人生产线进行解构，形成基本分形元件集，并对基本分形元件进行自主分层聚集得到CPS制造组件；

获取与CPS制造组件对应的物理模型并将物理模型存入数据库；

设置CPS制造组件信息模型的时空信息更新因子γ，适时更新模型属性；

设置CPS制造组件的属性接口；所述属性接口包括输入属性、模型属性、输出属性中的任一项或多项组合；

所述输入属性，用于确定输入信息；

所述模型属性，用于确定模型参数；

所述输出属性，用于确定输出信息。

进一步，所述模型属性包括模型类型、机理、约束、控制中的任一项或多项组合；

所述模型类型，用于确定设备的三维模型、关联模型、环境模型中的任一项或多项组合；

所述机理，用于确定加工机理和/或演变规律；

所述约束，用于确定时间约束、环境约束、逻辑约束、关系约束中的任一项或多项组合；

所述控制，用于确定控制模型、控制算法、控制精度中的任一项或多项组合。