基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)

萬 峰，邢香園，吳劍鋒，趙文浩，王 治，陳瑞啟

(上海衛(wèi)星裝備研究所，上海 200240)

0 引言

衛(wèi)星是復(fù)雜的航天裝備，具有產(chǎn)品組成復(fù)雜、技術(shù)難度大、精度要求高、質(zhì)量控制極其嚴(yán)格等特點(diǎn)?？傃b是衛(wèi)星生產(chǎn)制造的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是決定產(chǎn)品質(zhì)量和研制進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。衛(wèi)星總裝包括儀器設(shè)備、電纜、熱控組件、直屬件等大量零部組件的裝配和檢測(cè)，涉及上百家配套單位，其工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)準(zhǔn)備和裝配周期長，生產(chǎn)擾動(dòng)頻繁，生產(chǎn)進(jìn)度與質(zhì)量控制難度大；另外，由于產(chǎn)品研制狀態(tài)多變，總裝過程需進(jìn)行反復(fù)拆裝與測(cè)試，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制也比較困難。因此，有效管控總裝過程一直是衛(wèi)星生產(chǎn)制造亟需解決的難題之一。

目前，我國衛(wèi)星領(lǐng)域正面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，一方面，型號(hào)任務(wù)大幅增加，研制周期顯著縮短，技術(shù)難度不斷加大；另一方面，隨著一系列重大工程的相繼開展，衛(wèi)星研制模式正從傳統(tǒng)的“單件研制”向“單件研制+組批生產(chǎn)”模式發(fā)展，從而對(duì)衛(wèi)星總裝生產(chǎn)管控提出了新的要求：①實(shí)現(xiàn)總裝全過程、全要素的協(xié)同、實(shí)時(shí)、閉環(huán)控制，保證產(chǎn)品研制進(jìn)度與質(zhì)量；②提高資源瓶頸、質(zhì)量隱患等的分析預(yù)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)從“事中控制、事后追溯”向“事前預(yù)測(cè)”轉(zhuǎn)變；③結(jié)合智能化柔性總裝生產(chǎn)線建設(shè)，建立智能化生產(chǎn)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星多品種、變批量、高效柔性化制造。

目前，國內(nèi)外在復(fù)雜產(chǎn)品裝配車間管控技術(shù)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System, MES)方面開展了較為深入的研究，形成不少研究成果[1-5]，并實(shí)現(xiàn)了離散裝配模式下的計(jì)劃排產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集及過程管控等，然而隨著生產(chǎn)模式和制造能力的不斷升級(jí)發(fā)展，現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足全面互聯(lián)感知、信息物理融合和智能化管控的需求。數(shù)字孿生技術(shù)通過物理世界與信息世界交互融合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品全生命周期的模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)和控制[6]，為進(jìn)行智能化生產(chǎn)管控提供了有效的技術(shù)途徑。近年來，國內(nèi)外學(xué)者和機(jī)構(gòu)針對(duì)數(shù)字孿生的概念、模型和應(yīng)用開展了系統(tǒng)性研究[7-9]，并提出數(shù)字孿生車間的概念、系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)[10]，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用提供了理論和方法指導(dǎo)。在數(shù)字孿生車間管控方面，趙浩然等[11]提出數(shù)字孿生車間的三維可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控方法；武穎等[12]建立了復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程質(zhì)量管控?cái)?shù)字孿生模型，并開展了質(zhì)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)研究。上述研究從數(shù)字孿生車間監(jiān)控、質(zhì)量管控與預(yù)測(cè)等方面進(jìn)行了探索，但缺少面向產(chǎn)品生產(chǎn)制造全過程數(shù)字孿生管控方法和系統(tǒng)解決方案的研究。衛(wèi)星領(lǐng)域已逐步開展數(shù)字孿生技術(shù)研究，王建軍等[13]提出基于數(shù)字孿生的航天器系統(tǒng)工程模型與應(yīng)用框架；劉蔚然等[14]提出數(shù)字孿生衛(wèi)星概念和關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)字孿生衛(wèi)星總裝車間管控系統(tǒng)，并以衛(wèi)星總裝驗(yàn)證生產(chǎn)線為例開展應(yīng)用驗(yàn)證。上述研究從產(chǎn)品全生命周期角度建立了衛(wèi)星數(shù)字孿生的體系架構(gòu)和應(yīng)用思路，為構(gòu)建數(shù)字孿生衛(wèi)星總裝車間奠定了基礎(chǔ)，但其主要針對(duì)總裝車間設(shè)備、物流等制造要素開展孿生建模、數(shù)據(jù)采集融合和實(shí)時(shí)監(jiān)控等系統(tǒng)功能開發(fā)與典型工序應(yīng)用，尚未進(jìn)行衛(wèi)星產(chǎn)品總裝數(shù)字孿生建模及裝配進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)狀態(tài)等數(shù)字孿生管控的研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

因此，本文結(jié)合衛(wèi)星總裝過程管控的實(shí)際需求，提出一種基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)，研究和闡述了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，并介紹了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用情況。

1 衛(wèi)星總裝數(shù)字孿生管控需求

1.1 衛(wèi)星總裝過程管控業(yè)務(wù)分析

衛(wèi)星總裝過程主要包括生產(chǎn)準(zhǔn)備、裝配實(shí)施和檢測(cè)等環(huán)節(jié)。其中，生產(chǎn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)包括人、機(jī)、料、法、環(huán)等各類生產(chǎn)要素的準(zhǔn)備工作；裝配實(shí)施環(huán)節(jié)包括整星總裝、電纜網(wǎng)裝配、單機(jī)裝配、熱控集成等；檢測(cè)環(huán)節(jié)包括過程檢驗(yàn)、精度測(cè)量、特性測(cè)試等。衛(wèi)星總裝過程管控面向產(chǎn)品和車間兩類對(duì)象，整體管控流程如圖1所示，具體內(nèi)容如下：

(1)產(chǎn)品裝配過程管控 產(chǎn)品裝配過程管控是對(duì)產(chǎn)品裝配過程中的時(shí)間進(jìn)度、技術(shù)狀態(tài)和裝配質(zhì)量等進(jìn)行控制，確保按時(shí)、按質(zhì)、按量完成產(chǎn)品裝配[15]。在進(jìn)度方面，對(duì)產(chǎn)品研制整體進(jìn)度、裝配工藝執(zhí)行進(jìn)度和每日作業(yè)計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行管控，并及時(shí)調(diào)整進(jìn)度延期、計(jì)劃變更等情況；在技術(shù)狀態(tài)方面，主要依托基線管理方法，對(duì)總裝各階段產(chǎn)品具備的狀態(tài)進(jìn)行控制[16]；在質(zhì)量方面，對(duì)文件輸入、風(fēng)險(xiǎn)分析、工藝方案策劃、總裝生產(chǎn)實(shí)施、結(jié)果檢驗(yàn)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行管控[17]，形成完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包。

(2)總裝車間管控 車間管控是對(duì)車間計(jì)劃、物流，以及人員、工裝設(shè)備、場(chǎng)地環(huán)境等資源進(jìn)行管控，以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求，保證車間整體協(xié)同、高效運(yùn)行。衛(wèi)星總裝車間管控以生產(chǎn)調(diào)度為核心，通過計(jì)劃排產(chǎn)與調(diào)度來合理配置資源，進(jìn)行物料齊套和精準(zhǔn)配送，保證產(chǎn)品能按計(jì)劃進(jìn)行總裝，同時(shí)使車間綜合效能最優(yōu)化。

1.2 衛(wèi)星總裝數(shù)字孿生管控需求分析

傳統(tǒng)的衛(wèi)星總裝以手工裝配為主，數(shù)字化裝備和軟件系統(tǒng)集成度不高，總裝過程管控主要針對(duì)部分要素、流程或業(yè)務(wù)進(jìn)行單獨(dú)管控，全局性不足。在數(shù)據(jù)采集方面，受限于設(shè)備集成水平和安全保密管理的要求，數(shù)據(jù)難以在線實(shí)時(shí)采集并與辦公網(wǎng)中部署的MES系統(tǒng)同步；在過程管控方面，主要通過人工方式進(jìn)行完工確認(rèn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及異常處理，總裝過程控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性均較低。

隨著生產(chǎn)模式的不斷優(yōu)化以及車間建模仿真能力、軟硬件集成水平的不斷提高，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星總裝過程的數(shù)字孿生管控成為可能，數(shù)字孿生車間也成為衛(wèi)星總裝智能車間建設(shè)的方向之一。要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)管控模式向數(shù)字孿生管控模式轉(zhuǎn)變，需要開展以下研究與應(yīng)用：①建立車間、產(chǎn)品、過程多維度融合模型，覆蓋總裝的全要素、全流程和全業(yè)務(wù)；②實(shí)現(xiàn)總裝過程各類生產(chǎn)要素的物聯(lián)集成和全面感知，在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與模型的精準(zhǔn)映射和虛實(shí)融合；③實(shí)現(xiàn)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的總裝過程動(dòng)態(tài)、閉環(huán)控制，并通過仿真和預(yù)測(cè)性分析實(shí)現(xiàn)優(yōu)化決策。傳統(tǒng)管控模式與數(shù)字孿生管控模式對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)管控模式與數(shù)字孿生管控模式對(duì)比

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)衛(wèi)星總裝過程管控業(yè)務(wù)和數(shù)字孿生管控的需求，本文采用分層設(shè)計(jì)思路構(gòu)建了基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為設(shè)備層、通信層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，如圖2所示。

(1)設(shè)備層 設(shè)備層包括機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)、精密對(duì)接系統(tǒng)等裝配設(shè)備，姿態(tài)調(diào)整設(shè)備、自平衡吊具、電子力矩扳手等工裝工具，電子經(jīng)緯儀、激光跟蹤儀等檢測(cè)設(shè)備，自動(dòng)化立體貨柜、物料配送車等物流設(shè)備，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、電磁輻射監(jiān)控系統(tǒng)等環(huán)境監(jiān)控設(shè)備，以及射頻識(shí)別(Radio Frequency IDentification, RFID)讀寫器、條碼掃描設(shè)備、工業(yè)相機(jī)等數(shù)據(jù)采集終端。各類設(shè)備具備通用的數(shù)據(jù)集成接口，滿足在線集成要求。

(2)通信層 通信層由工控網(wǎng)(非密網(wǎng))、辦公網(wǎng)(涉密網(wǎng))、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和工控網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。其中，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)部署在工控網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)與各類設(shè)備的物聯(lián)集成；工控網(wǎng)與辦公網(wǎng)進(jìn)行物理隔離，通過工控網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞，并滿足安全保密的要求。

(3)數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、工藝數(shù)據(jù)庫、物料數(shù)據(jù)庫、檢測(cè)數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品模型庫、設(shè)備模型庫，以及一系列知識(shí)庫、算法庫和規(guī)則庫組成，由企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)一管理。

(4)業(yè)務(wù)層 業(yè)務(wù)層包括孿生模型構(gòu)建和總裝過程管控兩大模塊。孿生模型構(gòu)建模塊主要通過數(shù)字孿生建模工具集進(jìn)行產(chǎn)品和車間的數(shù)字孿生模型定義以及虛實(shí)融合映射；總裝過程管控模塊由產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management, PDM)系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning, ERP)系統(tǒng)、MES、質(zhì)量管理系統(tǒng)(Quality Management System, QMS)等系統(tǒng)的相關(guān)功能模塊組成，具有排產(chǎn)調(diào)度、物料管理、裝配執(zhí)行管控、產(chǎn)品質(zhì)量管控和車間資源管控等功能。

(5)應(yīng)用層 應(yīng)用層主要面向衛(wèi)星總裝過程的數(shù)字孿生管控新模式，實(shí)現(xiàn)車間狀態(tài)可視化監(jiān)控、產(chǎn)品狀態(tài)可視化監(jiān)控、生產(chǎn)資源瓶頸診斷、裝配精度預(yù)測(cè)分析、生產(chǎn)進(jìn)度預(yù)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè)等典型應(yīng)用場(chǎng)景，并提供車間優(yōu)化決策支持。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 面向總裝過程管控的產(chǎn)品與車間孿生建模

衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)字孿生模型具有階段性和動(dòng)態(tài)性，其按照生命周期階段進(jìn)行演進(jìn)，并始終處于動(dòng)態(tài)更新狀態(tài)。總裝階段衛(wèi)星產(chǎn)品的狀態(tài)變化十分頻繁，總裝車間內(nèi)各類生產(chǎn)要素的分配、流轉(zhuǎn)和使用等活動(dòng)較多，為保證數(shù)據(jù)采集和虛實(shí)同步的效率，滿足過程實(shí)時(shí)管控和高效預(yù)測(cè)的需求，基于產(chǎn)品關(guān)鍵的物理、功能、性能等特征建立產(chǎn)品孿生模型，基于總裝車間中的關(guān)鍵設(shè)備、工位、人員等構(gòu)建車間孿生模型，從產(chǎn)品和車間兩方面為總裝過程管控提供統(tǒng)一、準(zhǔn)確和有效的模型支撐。

3.1.1 基于關(guān)鍵特征的產(chǎn)品孿生建模

針對(duì)總裝過程管控的業(yè)務(wù)需求，將產(chǎn)品孿生模型定義為

DTpdt={ADmu,KFeature,IInterfacepdt,

CServicepdt}。

(1)

式中各項(xiàng)定義描述及實(shí)現(xiàn)方式如下：

(1)產(chǎn)品總裝數(shù)字樣機(jī)ADmu產(chǎn)品總裝數(shù)字樣機(jī)包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、三維模型和產(chǎn)品屬性信息。在三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境下，接收產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、物料清單(Bill of Materials, BOM)信息、技術(shù)文件等，增加工裝、工具模型，以及裝配工藝流程、工藝內(nèi)容、檢驗(yàn)要求等信息，進(jìn)行模型、信息的關(guān)聯(lián)融合和處理，形成包含完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、屬性信息和輕量化模型的產(chǎn)品總裝數(shù)字樣機(jī)。

(2)產(chǎn)品關(guān)鍵特征集合KFeature衛(wèi)星總裝階段的產(chǎn)品關(guān)鍵特征主要從產(chǎn)品裝配進(jìn)度、質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)等方面進(jìn)行定義。產(chǎn)品不同層級(jí)、不同組部件的關(guān)鍵特征都不盡相同，例如單機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵特征包括其拆裝狀態(tài)、裝配精度、緊固件擰緊力矩等，電纜組件的關(guān)鍵特征包括電連接器接插狀態(tài)、接地阻值、線圈阻值等。產(chǎn)品關(guān)鍵特征列表如表2所示。關(guān)鍵特性通過數(shù)據(jù)庫表的形式進(jìn)行組織，并通過產(chǎn)品ID與工藝數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

表2 產(chǎn)品關(guān)鍵特征列表

(3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口IInterfacepdt產(chǎn)品孿生模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)間通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口進(jìn)行交互，產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口包括總裝數(shù)字化樣機(jī)數(shù)據(jù)接口和關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)接口，接口以應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface, API)、Web Service接口為主。

(4)產(chǎn)品總裝過程管控服CServicepdt產(chǎn)品總裝過程管控服務(wù)主要針對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)度、質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行管控，基于規(guī)則、算法和知識(shí)庫，提供數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)識(shí)別與監(jiān)控、異常報(bào)警等服務(wù)。

3.1.2 基于關(guān)鍵要素的車間孿生建模

衛(wèi)星總裝車間孿生模型由車間中的產(chǎn)品、設(shè)備、人員等要素的孿生模型組成，本文針對(duì)總裝過程管控需求，將車間孿生模型簡(jiǎn)化定義為

DTws={ShopM,KFactor,

IInterfacews,CServicews}。

(2)

式中各項(xiàng)定義描述及實(shí)現(xiàn)方式如下：

(1)車間數(shù)字模型ShopM車間數(shù)字模型包括車間整體布局模型、生產(chǎn)要素模型，以及各模型的屬性信息、模型間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等。在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中對(duì)各類要素進(jìn)行建模和場(chǎng)景布置，同時(shí)開發(fā)各要素的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或狀態(tài)可視化界面，對(duì)車間數(shù)字模型的可視化進(jìn)行定義。

(2)車間關(guān)鍵要素集合KFactor車間關(guān)鍵要素指直接影響車間運(yùn)行和裝配執(zhí)行的專用工位、關(guān)鍵設(shè)備及人員、物料等，其通過ERP，MES等系統(tǒng)進(jìn)行信息管理，并與車間數(shù)字模型關(guān)聯(lián)。

(3)車間數(shù)據(jù)接口IInterfacews車間孿生模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)間通過車間數(shù)據(jù)接口進(jìn)行交互，車間數(shù)據(jù)接口包括車間數(shù)字模型數(shù)據(jù)接口和關(guān)鍵要素?cái)?shù)據(jù)接口。

(4)車間管控服務(wù)CServicews車間管控服務(wù)主要針對(duì)車間資源配置、物流管理、設(shè)備監(jiān)控等，基于規(guī)則、算法與知識(shí)庫，提供數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)識(shí)別與監(jiān)控、異常報(bào)警等服務(wù)。

3.2 總裝過程數(shù)據(jù)物聯(lián)采集與虛實(shí)精準(zhǔn)映射

3.2.1 基于物聯(lián)平臺(tái)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集

衛(wèi)星總裝過程涉及產(chǎn)品數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理信息等數(shù)據(jù)的采集，由于軟硬件系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)采集方式和接口類型不一，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源異構(gòu)的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)總裝過程數(shù)據(jù)的精確、完整、高效采集和集成管理，構(gòu)建總裝車間物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提供傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP)、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Protocol, UDP)、用于過程控制的對(duì)象連接和嵌入(Object Linking and Embedding for Process Control, OPC)協(xié)議、Modbus、RFID等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)化封裝的API接口，同時(shí)針對(duì)各類數(shù)據(jù)開發(fā)集成接口和數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)各類制造要素的統(tǒng)一接入、數(shù)據(jù)在線采集和處理。衛(wèi)星總裝車間物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)集成架構(gòu)如圖3所示。

(1)設(shè)備與系統(tǒng)接入 衛(wèi)星總裝車間的大部分自動(dòng)化裝配設(shè)備、數(shù)字化工裝、檢測(cè)設(shè)備和設(shè)備端軟件系統(tǒng)均支持TCP/IP協(xié)議，因此基于車間工業(yè)以太網(wǎng)部署物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集適配模塊，將各類支持TCP/IP協(xié)議的設(shè)備、工裝和軟件系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)設(shè)備及工裝的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)、異常信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行在線采集。對(duì)于不支持TCP/IP協(xié)議的溫濕度傳感器、可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等硬件，采用UDP，Modbus等通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；對(duì)于具有RFID標(biāo)簽的物料，則通過RFID協(xié)議進(jìn)行物料ID和位置數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

(2)異構(gòu)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) 衛(wèi)星總裝過程中異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集方式包括在線實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)庫集成采集和數(shù)據(jù)文檔解析采集等，異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)方式如表3所示。其中：設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、PLC數(shù)據(jù)、傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)、物流RFID數(shù)據(jù)等采用在線實(shí)時(shí)方式采集并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)；信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫集成方式進(jìn)行采集和結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)；在設(shè)備端以Access，Excel等文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，采用文檔解析方式采集并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)；圖片、視頻等多媒體數(shù)據(jù)采用在線實(shí)時(shí)采集方式進(jìn)行集成，并與產(chǎn)品、工藝、工序等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。

表3 異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集與儲(chǔ)存方式

3.2.2 關(guān)鍵事件驅(qū)動(dòng)的虛實(shí)映射

通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)以原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)為主，很難直接與產(chǎn)品、車間的孿生模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)融合，總裝過程中的生產(chǎn)準(zhǔn)備、原始數(shù)據(jù)采集等大部分原始事件也很難直接、精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)總裝過程管控業(yè)務(wù)。因此，采用關(guān)鍵事件驅(qū)動(dòng)的虛實(shí)精準(zhǔn)映射方法實(shí)現(xiàn)虛實(shí)有效融合。關(guān)鍵事件指原始事件或多層次事件經(jīng)過規(guī)則運(yùn)算形成的新的具有意義的事件[18]。在總裝過程數(shù)字孿生管控應(yīng)用中，關(guān)鍵事件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵特征、車間關(guān)鍵要素相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和封裝、感知與推送、虛實(shí)映射與融合。以機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)安裝儀器設(shè)備為例，關(guān)鍵事件驅(qū)動(dòng)的虛實(shí)映射流程如圖4所示，主要步驟如下：

(1)定義關(guān)鍵事件 將關(guān)鍵事件定義為

Eventrob={Name,Attribute,KFeatureeqp,

KFactorrob,Content,Time}。

(3)

式中：Eventrob為機(jī)械臂裝配單機(jī)事件；Name為機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)；Attribute為制造類設(shè)備屬性；KFeatureeqp為裝配單機(jī)的產(chǎn)品關(guān)鍵特征，KFactorrob為機(jī)械臂作為關(guān)鍵要素的相關(guān)數(shù)據(jù)；Content為產(chǎn)品、工藝流程、具體工序及工裝等信息；Time為實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)間。關(guān)鍵事件通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的事件驅(qū)動(dòng)引擎模塊進(jìn)行定義和配置。

(2)感知關(guān)鍵事件 以儀器設(shè)備裝配工序開工和機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)運(yùn)行作為關(guān)鍵事件的觸發(fā)條件，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備集成接口和事件驅(qū)動(dòng)引擎實(shí)時(shí)感知機(jī)械臂裝配事件。

(3)采集原始數(shù)據(jù) 通過設(shè)備物聯(lián)集成實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)在線采集。

(4)處理與封裝數(shù)據(jù) 根據(jù)產(chǎn)品關(guān)鍵特征和關(guān)鍵要素清單，對(duì)采集的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、處理和封裝，采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言(eXtensible Markup Language，XML)文檔對(duì)儀器設(shè)備裝配狀態(tài)和擰緊力矩、機(jī)械臂開關(guān)機(jī)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和封裝。

(5)實(shí)時(shí)推送數(shù)據(jù) 采用Web Service技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)接口，在線讀取XML文檔，并通過主動(dòng)推送方式傳送給孿生模型構(gòu)建工具。

(6)虛實(shí)映射與融合 孿生模型構(gòu)建工具解析XML文檔獲取數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品孿生模型更新單機(jī)的裝配狀態(tài)和擰緊力矩值，同時(shí)驅(qū)動(dòng)車間孿生模型更新機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的總裝過程實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè)

3.3.1 產(chǎn)品總裝實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè)

在衛(wèi)星總裝傳統(tǒng)管控模式中，由于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集、整理和統(tǒng)計(jì)等依賴人工進(jìn)行，信息系統(tǒng)中的產(chǎn)品裝配狀態(tài)相比實(shí)際裝配狀態(tài)經(jīng)常存在延遲，難以進(jìn)行實(shí)時(shí)管控和優(yōu)化調(diào)整。本文通過構(gòu)建產(chǎn)品孿生模型，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品孿生模型進(jìn)行同步更新，同時(shí)結(jié)合ERP，MES，QMS等系統(tǒng)中的管控服務(wù)以及知識(shí)庫中的規(guī)則、算法和知識(shí)，對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)度、質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控和分析預(yù)測(cè)。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品總裝實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè)流程如圖5所示。

(1)產(chǎn)品裝配進(jìn)度實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè) 通過總裝物聯(lián)平臺(tái)、MES等實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)品裝配的進(jìn)度關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，如單機(jī)裝拆、電纜網(wǎng)插拔、加熱片粘貼等狀態(tài)信息，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品孿生模型更新對(duì)應(yīng)的進(jìn)度關(guān)鍵特征，并在三維可視化監(jiān)控看板中實(shí)時(shí)展示各零部組件的三維裝配狀態(tài)和裝配完成率；同時(shí)調(diào)用ERP，MES的進(jìn)度管控服務(wù)，自動(dòng)比對(duì)實(shí)際裝配進(jìn)度和裝配計(jì)劃，對(duì)超期情況進(jìn)行預(yù)警并驅(qū)動(dòng)調(diào)度流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度。另外，采用數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)聯(lián)分析等機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)歷史工藝、裝配任務(wù)和工時(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建面向不同部組件對(duì)象、工藝和工況的工時(shí)估算模型；通過產(chǎn)品孿生模型獲取待裝部組件列表，基于工時(shí)估算模型進(jìn)行預(yù)排產(chǎn)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品最終的裝配進(jìn)度。

(2)產(chǎn)品裝配質(zhì)量實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè) 通過總裝物聯(lián)平臺(tái)、MES、QMS等實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)品裝配質(zhì)量關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，如裝配精度、擰緊力矩、極性方向、接地阻值等信息，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品孿生模型更新對(duì)應(yīng)的質(zhì)量關(guān)鍵特征；調(diào)用MES和QMS的質(zhì)量管控服務(wù)對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)判讀分析，如自動(dòng)對(duì)比裝配精度、接地阻值等的實(shí)測(cè)值和設(shè)計(jì)值，對(duì)出現(xiàn)的偏差或異常情況進(jìn)行警示，并驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)或工藝優(yōu)化。在產(chǎn)品裝配質(zhì)量預(yù)測(cè)方面，構(gòu)建產(chǎn)品裝配精度預(yù)分析模型，基于產(chǎn)品孿生模型動(dòng)態(tài)計(jì)算裝配仿真和尺寸鏈，對(duì)產(chǎn)品的最終裝配精度進(jìn)行預(yù)測(cè)；同時(shí)，采用尺寸不變特征變換(Scale Invariant Feature Transform, SIFT)算法等自動(dòng)識(shí)別所采集的產(chǎn)品圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品缺陷、多余物識(shí)別及質(zhì)量隱患預(yù)測(cè)。

(3)產(chǎn)品總裝技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)管控 通過產(chǎn)品孿生模型實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)品當(dāng)前的總裝技術(shù)狀態(tài)信息，如產(chǎn)品全部零部件的實(shí)際裝配狀態(tài)、性能參數(shù)等，然后調(diào)用PDM系統(tǒng)、MES、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理系統(tǒng)中的技術(shù)狀態(tài)管控服務(wù)，將當(dāng)前的總裝技術(shù)狀態(tài)與設(shè)計(jì)、工藝要求進(jìn)行比對(duì)，若發(fā)生偏離，則進(jìn)行工藝調(diào)整。

3.3.2 車間實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè)

(1)車間關(guān)鍵要素實(shí)時(shí)管控 針對(duì)車間內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，如機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)、精密對(duì)接系統(tǒng)等，通過總裝物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并調(diào)用設(shè)備監(jiān)控服務(wù)，在對(duì)設(shè)備異常情況進(jìn)行預(yù)警和設(shè)備維護(hù)提示的同時(shí)，采用顏色標(biāo)識(shí)在三維可視化監(jiān)控看板中進(jìn)行警示；針對(duì)車間物流，采用RFID、條碼識(shí)別技術(shù)，在庫房和工位部署RFID讀寫器和條碼掃描器，通過自動(dòng)或半自動(dòng)采集物料信息實(shí)時(shí)獲取物料的區(qū)域位置和狀態(tài)信息，并在三維可視化監(jiān)控看板中實(shí)時(shí)監(jiān)控物料信息，同時(shí)調(diào)用ERP和MES系統(tǒng)中的物料管控服務(wù)識(shí)別物料進(jìn)入錯(cuò)誤工位的情況并進(jìn)行警示，以避免物料錯(cuò)裝；針對(duì)車間環(huán)境，通過總裝物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取廠房溫度、濕度、電磁輻射等數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控看板中，當(dāng)出現(xiàn)超限時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

(2)車間運(yùn)行仿真及瓶頸資源預(yù)測(cè) 通過車間孿生模型獲取車間布局及各關(guān)鍵要素的實(shí)際狀態(tài)和位置等信息，將模型與數(shù)據(jù)輸入車間運(yùn)行仿真軟件。然后根據(jù)產(chǎn)品裝配工藝流程建立裝配工序與資源間的映射關(guān)系，設(shè)置工序和工位作業(yè)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行車間運(yùn)行仿真，輸出未來一段時(shí)間內(nèi)的資源使用、物流路徑、作業(yè)時(shí)間等數(shù)據(jù)，分析資源沖突情況并預(yù)測(cè)瓶頸資源，通過MES系統(tǒng)排產(chǎn)調(diào)度功能提前進(jìn)行資源優(yōu)化配置。

3.4 總裝過程孿生數(shù)據(jù)的多維度組織管理

隨著衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)量的不斷增加，以及車間自動(dòng)化設(shè)備、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷集成，孿生數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長。衛(wèi)星總裝過程孿生數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)、數(shù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，為滿足總裝過程實(shí)時(shí)管控和產(chǎn)品數(shù)據(jù)追溯的要求，構(gòu)建了總裝過程孿生數(shù)據(jù)多維度組織模型(如圖6)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的多維度、多粒度和多時(shí)間尺度管理。模型中各維度數(shù)據(jù)的組織方法如下：

(1)模型維度 該維度通過產(chǎn)品和車間孿生模型對(duì)其關(guān)聯(lián)的孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理。各孿生模型之間根據(jù)裝配計(jì)劃、工藝流程等建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)總裝過程孿生數(shù)據(jù)的集成管理。

(2)數(shù)據(jù)維度 該維度按照數(shù)據(jù)類型對(duì)孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分和組織。其中數(shù)據(jù)類型包括產(chǎn)品裝配狀態(tài)數(shù)據(jù)、裝配精度數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及照片、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

(3)時(shí)間維度 該維度按照時(shí)序?qū)\生數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記和管理。同時(shí)，為了追溯總裝過程重要階段的產(chǎn)品裝配狀態(tài)，借鑒型號(hào)設(shè)計(jì)過程中基線管理的方法，在工藝制造過程中建立制造基線，基于制造基線對(duì)總裝過程不同階段的孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)識(shí)。在追溯產(chǎn)品總裝狀態(tài)時(shí)，可以按照制造基線獲取孿生數(shù)據(jù)并加載至孿生模型，構(gòu)建基線狀態(tài)下的產(chǎn)品數(shù)字鏡像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品歷史總裝狀態(tài)的復(fù)現(xiàn)。

此外，為有效管理總裝車間幾何級(jí)數(shù)增長的孿生數(shù)據(jù)，依托企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立了總裝過程大數(shù)據(jù)管控模塊，對(duì)產(chǎn)品和車間孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和挖掘?？傃b過程大數(shù)據(jù)管控模塊采用“抽取—轉(zhuǎn)換—加載”(Extract-Transform-Load，ETL)工具，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與各異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的全面數(shù)據(jù)集成和孿生數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、關(guān)聯(lián)、整編形成孿生數(shù)據(jù)倉庫；同時(shí)，該模塊采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供的多樣化數(shù)據(jù)分析工具對(duì)數(shù)據(jù)倉庫中的孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，包括海量裝配工況圖片的人工智能識(shí)別與標(biāo)注以及設(shè)備健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警等，并為分析預(yù)測(cè)總裝過程提供數(shù)據(jù)支撐。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

基于上述研究，本文采用分層架構(gòu)開發(fā)了基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)，包括物聯(lián)集成數(shù)據(jù)采集、孿生模型構(gòu)建與管理、總裝過程管控、分析與決策支持、數(shù)據(jù)集成管理等主要功能。系統(tǒng)主體功能采用瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，并通過API，Web Service等接口實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)、模型輕量化處理、三維可視化等工具軟件的集成應(yīng)用。系統(tǒng)集成應(yīng)用架構(gòu)如圖7所示，其中各層實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)通信層 基于PTC Thingworx物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開發(fā)了設(shè)備物聯(lián)集成模塊，采用TCP/IP，UDP等接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)、精密對(duì)接系統(tǒng)、電子力矩扳手、電子經(jīng)緯儀等設(shè)備的在線集成和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過工控網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳遞到辦公網(wǎng)。

(2)數(shù)據(jù)層 依托業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化查詢語言(Structured Query Language，SQL)數(shù)據(jù)庫和企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)NoSQL數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)和模型的存儲(chǔ)、處理與分析應(yīng)用。

(3)業(yè)務(wù)層 以總裝數(shù)字樣機(jī)管理系統(tǒng)和衛(wèi)星制造過程管控系統(tǒng)(MES)為核心，集成PDM，ERP等系統(tǒng)構(gòu)建業(yè)務(wù)層功能?？傃b數(shù)字樣機(jī)管理系統(tǒng)通過接口加載經(jīng)過后臺(tái)自動(dòng)輕量化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品三維模型和相關(guān)屬性信息，定義產(chǎn)品的關(guān)鍵特征屬性，然后通過Web Service接口實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)庫中各關(guān)鍵特征屬性對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型和數(shù)據(jù)的虛實(shí)融合更新，同時(shí)可以自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置產(chǎn)品總裝狀態(tài)基線，保存基線對(duì)應(yīng)時(shí)刻產(chǎn)品孿生模型的全部信息；衛(wèi)星制造過程管控系統(tǒng)在原有計(jì)劃監(jiān)控、過程質(zhì)量控制、車間資源管理等功能基礎(chǔ)上，開發(fā)了總裝狀態(tài)實(shí)時(shí)管控功能，構(gòu)建了包括實(shí)時(shí)裝配進(jìn)度計(jì)算、質(zhì)量數(shù)據(jù)分析、車間資源狀態(tài)判讀等的算法庫和規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品總裝進(jìn)度、質(zhì)量和車間資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)異常情況的在線協(xié)同處理。

(4)應(yīng)用層 開發(fā)了三維可視化監(jiān)控看板、裝配精度預(yù)測(cè)分析模塊、生產(chǎn)資源瓶頸診斷預(yù)測(cè)模塊、集成監(jiān)控與決策支持看板，并實(shí)現(xiàn)了與業(yè)務(wù)層系統(tǒng)的集成應(yīng)用。其中三維可視化監(jiān)控看板可以根據(jù)總裝數(shù)字樣機(jī)實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)中的模型和裝配狀態(tài)信息實(shí)時(shí)展示產(chǎn)品裝配進(jìn)度，也可以按照各基線時(shí)序連續(xù)展示產(chǎn)品三維模型的動(dòng)態(tài)變化過程。

以某型號(hào)衛(wèi)星總裝過程中機(jī)械臂輔助單機(jī)裝配為例對(duì)系統(tǒng)功能和應(yīng)用流程進(jìn)行說明。機(jī)械臂輔助裝配系統(tǒng)與總裝物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行在線集成，在單機(jī)裝配過程中，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)采集機(jī)械臂位姿和末端傳感器受力數(shù)據(jù)，通過工控網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳遞至三維可視化監(jiān)控看板；三維可視化監(jiān)控看板調(diào)用虛擬車間模型，在信息面板中動(dòng)態(tài)同步顯示機(jī)械臂位姿數(shù)據(jù)和受力數(shù)據(jù)，并對(duì)受力超限的情況進(jìn)行警示。設(shè)備數(shù)據(jù)采集及可視化監(jiān)控界面如圖8所示。

將單機(jī)裝配過程中采集的裝拆狀態(tài)、實(shí)測(cè)力矩、接地阻值、單機(jī)重量等數(shù)據(jù)與產(chǎn)品總裝數(shù)字樣機(jī)中建立的關(guān)鍵特征屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)映射和可視化展示，其中裝拆狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)單機(jī)模型顏色變化，通過不同顏色(半透明灰色代表待裝配，綠色代表已裝配，紅色代表拆除)渲染，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配狀態(tài)的動(dòng)態(tài)可視化顯示。產(chǎn)品總裝孿生模型的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面如圖9所示。

系統(tǒng)根據(jù)時(shí)序自動(dòng)設(shè)置產(chǎn)品總裝狀態(tài)基線，通過基線可實(shí)現(xiàn)孿生模型和數(shù)據(jù)的組織管理、追溯和連續(xù)播放，基于三維模型動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)單機(jī)、電纜、熱控產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)件等部組件總裝的全過程。同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)分析模塊對(duì)部組件的裝拆次數(shù)和裝配進(jìn)度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后與裝配計(jì)劃進(jìn)行比對(duì)，對(duì)進(jìn)度延遲情況進(jìn)行警示，并根據(jù)單機(jī)裝配管控規(guī)則對(duì)裝拆次數(shù)和接插件插拔次數(shù)超限的情況進(jìn)行警示。孿生數(shù)據(jù)基線標(biāo)識(shí)及統(tǒng)計(jì)分析界面如圖10所示。

目前，基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)已在上海衛(wèi)星裝備研究所總裝車間進(jìn)行部署，并在多個(gè)衛(wèi)星型號(hào)總裝中進(jìn)行了應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品孿生模型同步更新的時(shí)間延遲在2s以內(nèi)，孿生模型與產(chǎn)品實(shí)際裝配狀態(tài)的一致性達(dá)到95%，使裝配進(jìn)度和質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)效率提高50%以上，產(chǎn)品歷史總裝狀態(tài)追溯效率提高75%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了裝配進(jìn)度超期、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)值偏離等情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析與預(yù)警，有效提升了衛(wèi)星總裝過程的實(shí)時(shí)管控和決策支持能力。

5 結(jié)束語

本文從衛(wèi)星總裝過程管控的實(shí)際需求出發(fā)，引入數(shù)字孿生技術(shù)，提出一種基于數(shù)字孿生的衛(wèi)星總裝過程管控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究和闡述。該系統(tǒng)提供了包括孿生模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)物聯(lián)集成采集與虛實(shí)融合、總裝過程實(shí)時(shí)管控與分析預(yù)測(cè)等功能的一體化解決方案，已應(yīng)用于衛(wèi)星型號(hào)研制，有效提高了型號(hào)裝配進(jìn)度、質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)的數(shù)字化管控水平。數(shù)字孿生作為智能制造未來的發(fā)展趨勢(shì)之一，是衛(wèi)星等航天產(chǎn)品智能制造的重點(diǎn)研究方向。后續(xù)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)衛(wèi)星制造全過程數(shù)字孿生模型構(gòu)建、車間大數(shù)據(jù)挖掘及智能決策等技術(shù)進(jìn)行研究。