數(shù)字孿生車間的概念、運(yùn)行機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)
2021-5-8新聞
「 1. 數(shù)字孿生車間概念模型 」
數(shù)字孿生車間（digital twin shop-floor, DTS）的概念模型如圖1所示，包括物理車間（physical shop-floor, PS）、虛擬車間（virtual shop-floor, VS）、車間服務(wù)系統(tǒng)（shop-floor service system, SSS）、車間孿生數(shù)據(jù)（shop-floor digital twin data, SDTD）、連接（connection, CN）。
圖1 DTS概念模型[1]
PS是車間客觀存在的生產(chǎn)設(shè)備、人員、產(chǎn)品、物料等實(shí)體的集合，主要負(fù)責(zé)接收SSS下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，并嚴(yán)格按照VS仿真優(yōu)化后的預(yù)定義的生產(chǎn)指令，執(zhí)行生產(chǎn)活動并完成生產(chǎn)任務(wù)。PS的設(shè)備、人員、產(chǎn)品、物料等生產(chǎn)要素的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)可通過各類傳感器進(jìn)行有效采集。由于這些數(shù)據(jù)來自不同數(shù)據(jù)源，存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同、接口不同、語義各異等問題，因此，為了實(shí)現(xiàn)對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入，需要一套標(biāo)準(zhǔn)的接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置。[2]
VS是PS的忠實(shí)完全數(shù)字化鏡像，從幾何、物理、行為、規(guī)則多個層面對PS進(jìn)行描述與刻畫，主要負(fù)責(zé)對PS的生產(chǎn)資源與生產(chǎn)活動進(jìn)行仿真、評估及優(yōu)化，并對實(shí)際生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、預(yù)測與調(diào)控等。VS本質(zhì)上是由多個幾何、物理、行為及規(guī)則模型構(gòu)成的模型集合，能夠?qū)S進(jìn)行全面地多維度描述與刻畫。根據(jù)數(shù)字孿生3層結(jié)構(gòu)[3]，VS中包括人員、設(shè)備、工具等單個生產(chǎn)要素的單元級模型，由多個生產(chǎn)要素單元級模型構(gòu)成的系統(tǒng)級產(chǎn)線模型，以及包括多個系統(tǒng)級產(chǎn)線模型及模型間交互與耦合關(guān)系的復(fù)雜系統(tǒng)級車間模型。
SDTD是PS、VS、SSS相關(guān)數(shù)據(jù)、領(lǐng)域知識，以及通過數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生的衍生數(shù)據(jù)的集合，是PS、VS、SSS運(yùn)行交互與迭代優(yōu)化的驅(qū)動。融合數(shù)據(jù)是SDTD的重要組成部分，是通過特定的規(guī)則將來自物理和信息空間的數(shù)據(jù)聚合在一起得到的。其中，物理空間的數(shù)據(jù)主要指PS相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是物理實(shí)體產(chǎn)生的真實(shí)數(shù)據(jù)；信息空間的數(shù)據(jù)主要指VS相關(guān)數(shù)據(jù)和SSS相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不是從物理空間直接采集得到的，而是在物理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用信息空間模型仿真、算法推演、系統(tǒng)衍生等過程得到的，是對物理數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。
SSS是數(shù)據(jù)驅(qū)動的各類服務(wù)功能的集合或總稱，它將DTS運(yùn)行過程中所需數(shù)據(jù)、模型、算法、仿真、結(jié)果進(jìn)行服務(wù)化封裝，形成支持DTS管控與優(yōu)化的功能性與業(yè)務(wù)******。SSS的運(yùn)行過程包括子服務(wù)封裝、需求解析、服務(wù)組合及服務(wù)應(yīng)用。[1]
CN實(shí)現(xiàn)DTS各部分的互聯(lián)互通，它包括PS和SDTD的連接（CN_PD）、PS和VS的連接（CN_PV）、PS和SSS的連接（CN_PS）、VS和SDTD的連接（CN_VD）、VS和SSS的連接（CN_VS）、SSS和SDTD的連接（CN_SD）。
「 2. 數(shù)字孿生車間運(yùn)行機(jī)制 」
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