基于数字化双胞胎的三维可视化车间系统研究

发布时间：2020-08-08 14:20

【摘要】：随着以物联网、云计算、大数据及移动互联网为代表的新一轮技术创新浪潮到来,车间作为制造的核心单元,也向着数字化、智能化、可视化方向发展。为了让车间达到更高层次的数字化从而实现智能制造,核心目标是让物理车间与信息化的虚拟车间进行深度融合。数字化双胞胎(Digital Twin,DT)作为实现信息物理世界交互融合的最佳途径而被广泛研究和关注。本文将数字化双胞胎这一先进制造理念应用于车间,重点研究了基于数字化双胞胎的三维可视化车间系统关键技术,对系统进行了设计实现,并结合案例对系统可行性进行了验证。本文首先结合数字化双胞胎理念和车间特征,设计了面向车间应用的数字化双胞胎框架。接下来重点对框架中的物理车间、虚拟车间、物理车间与虚拟车间信息交互这三部分进行研究。在物理车间方面,研究了基于OPC UA的物理车间信息建模,实现对物理车间所有信息的统一描述及设备互联互通和数据采集;虚拟车间方面,研究了基于虚拟现实的车间三维可视化建模,实现与物理车间形成映射、可视化效果好、人机交互性强的虚拟车间;物理车间与虚拟车间信息交互方面研究了数据驱动的物虚车间信息交互建模。通过这三部分建模建立了面向车间的数字化双胞胎模型。之后针对车间调度,提出了基于数字化双胞胎的车间加工路线实时动态调度机制,基于赋时Petri网建立了车间制造过程模型,在模型基础上利用基于A*算法的启发式搜索求解得到最优加工路线调度策略,并以设备故障为例研究了车间故障条件下调度求解方法。为了验证本文模型及调度方法的可行性,以白酒模拟生产车间为例,选取Unity3D虚拟现实引擎开发实现了三维可视化车间系统,并对系统功能进行展示并发布成应用,最后用于实际车间使用,结果表明,该系统能实现车间生产要素及生产过程的全方位掌控,同时让车间控制更加精准,决策更加及时。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP399-CA;TH18
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文为数据层，服务层对应车间微服务，在这四部分以及四部分交互连接基础之上可以建立多种智能应用，对应相应的应用层。其中应用层指将服务层的服务进行组合使用，开发出在界面显示方便人员进行交互操作的应用，比如三维可视化虚拟车间系统、故障诊断预警系统、能耗管理系统等，通过调用车间服务的业务服务层来显示信息，是和用户最近的一层，用户只需要和这一层交互而不需要知道其他底层细节。

于工业通讯的数据交互规范。目的让不进行数据交互 。OPC UA 规范是在传 ，其解决了传统 OPC 规范存在的只支，不仅提出了支持二进制 TCP 传输及 输组件，而且最大的创新在于提出了支进行描述的信息建模组件，极大提高了相关概念。过地址空间来访问服务器提供的信息， 所示，节点是使用 OPC UA 对象模型对连接依赖引用，地址空间是由节点相互各种信息。

图 3-2 节点类型和通用属性对象、变量、方法面向对象思想，OPC UA 使用对象来表示底层系统的数据与活动[4分别为对象类型节点、变量类型节点和方法类型节点的实例，可以管理对象信息，比如读取变量的值或调用对象方法。用来代表数值，变量包括数据变量和特性两种，特性用来表示y）如温度的单位，数据变量（DataVariable）表示节点数据如温度的属于特性，应该使用 HasProperty 引用类型来引用它，如果属于数asComponent 引用类型来引用。节点是可以被调用并返回结果的节点。方法是对象的一部分所以对象或对象类型并使用 HasComponent 类型来引用。自身不包含数据，通过 HasComponent 或者 HasProperty 引用类型此外，所有对象必须要有对应的对象类型定义并且从基本

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本文编号：2785682