[发明专利]一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法及系统

说明书

本发明公开一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法及系统，系统包括：航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字孪生模块，其由多种复杂装备如六轴机械臂，自动导引运输车，产线生产物料，以及厂房环境等实时孪生模型和数据组成，实现基于数字化的产线生产流程；复杂装备等效模拟数字孪生模块，根据产线的复杂装备和产线物料和环境等特性和设定，产生各种设备运行的等效模拟数据，驱动数字孪生生产线系统中的各种复杂装备；复杂装备故障注入数字孪生模块，模拟产生在产线数字孪生系统运行中复杂装备的模拟软件和硬件故障。本发明通过实现总装生产线的复杂装备与对应数字孪生体交互，保障产线的高效稳定运行。

技术领域

本发明属于高端装备制造产业领域，具体涉及一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法及系统。

背景技术

和传统的制造模式只需要并不复杂的生产装备实现生产制造不同的是，智能制造的实现离不开先进且复杂的工业生产装备，才能实现高效，高精度，信息化和智能化的生产目标。而对于拥有复杂装备的生产线而言，首先其建设成本会更高，一旦由于不合理的产线规划，会导致产线的生产成本提高，增加排产周期；同时由于产线的复杂性，其高效运作依赖于产线上的各个装备的正常运作，当产线中的任一设备出现问题时，会极大地影响生产制造的销量，提高工厂运行成本。

为了解决以上出现的问题，最终实现智能生产和精准服务这一目标，数字化车间／工厂的概念于多年前即被提出。数字孪生技术构建的三维数字化模型以及相应的机理模型，可以在数字化世界对物理世界进行展示，反馈，交互和融合。数字孪生技术可以应用于智能制造的各个阶段，包括构想、设计、测试、运维等。在设计阶段，通过产线上数字化的前期设计，可以极大地缩减产线设计阶段的周期，提高产线的可靠性和交付效率。通过构建的高保真数字模型，可以实现复杂生产装备的模拟故障注入，以检验产线在生产进行过程中的可靠性，并进一步为复杂装备物理模型的运维过程提供指导。因此，本发明提出一种基于数字孪生的下复杂装备故障注入与等效模拟方法，该方法可以通过预演故障出现的形式和可能性，从而可以对未来产线生产过程中设备故障进行即使处理，保障产线的高效稳定运行。

发明内容

针对总装生产线设计阶段不合理规划导致生产成本上升以及运维阶段因意外故障导致产线生产可靠性降低的问题，本发明提出一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法及系统，该方法能够实现总装生产线中对复杂生产装备在时下的模拟软硬件故障注入，等效模拟功能。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法，包括如下步骤：

步骤（1）、设计航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字孪生模块：

根据产线复杂装备类型以及产线物料和厂房设备，得到产线的关键工艺步骤、产线复杂装备的运行机理、历史运行数据；所述的关键工艺步骤、运行机理和历史运行数据，结合产线实际的生产关系和模式，不断对复杂装备模型以及产线工艺模型进行修正，直至满足精度需求，构建出航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字孪生模块；

步骤（2）、设计复杂装备等效模拟数字孪生模块：设定产线复杂装备等效模拟的配置参数、产线复杂装备的运行机理和历史运行数据并因此得到产线复杂装备数字模型的等效模拟数据；根据所述等效模拟数据，通过设计的通信接口和协议驱动总装生产线的等效运行，从而构建出复杂装备等效模拟数字孪生模块；

步骤（3）、设计复杂装备故障注入数字孪生模块：设定待故障注入装备的故障注入方法和故障类型；根据所述的故障注入方法、故障类型和配置参数，结合所述等效模拟数据，实现航空设备总装生产线数字孪生系统的等效模拟运行，并得到故障的模拟运行结果；根据所述的模拟运行结果，得到针对故障注入后产生的异常状况的反馈以及相应的异常状况的应对措施，从而构建出复杂装备故障注入数字孪生模块。

进一步地，所述步骤（1）中的所述产线复杂装备类型为物料自动导引运输车、转运自动导引运输车、六轴机械臂、激光定位仪和高清摄像头。