螺線管裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生建模技術(shù)

仇曉黎，朱 睿，幸 研+，胡鈞陽

(1.東南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210089；2.比利時天主教魯汶大學(xué) 機(jī)械工程系，魯汶 比利時 3001)

0 引言

伴隨工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主要特征的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革席卷全球[1]。我國作為制造業(yè)大國，擁有大量中小型制造企業(yè)，該類企業(yè)以離散制造為主要特征，具有訂單批量小、品種多、交貨期短、隨機(jī)性問題多等特點。在實際生產(chǎn)中，裝配生產(chǎn)線作為完成產(chǎn)品制造周期的主要資源設(shè)備，對產(chǎn)品質(zhì)量、成本、交貨周期等有直接影響，是提高企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵。然而，當(dāng)前離散制造企業(yè)裝配生產(chǎn)線換產(chǎn)的情況頻繁發(fā)生，僅憑簡單經(jīng)驗對裝配線進(jìn)行設(shè)計和管理，無法實時掌握生產(chǎn)線的動態(tài)數(shù)據(jù)并做出決策，易產(chǎn)生生產(chǎn)節(jié)拍不平衡、產(chǎn)出率低、維護(hù)不及時、人力資源浪費等問題，使企業(yè)難以縮短交貨周期并降低生產(chǎn)成本，限制了企業(yè)的發(fā)展和效益的提高。

在數(shù)字孿生技術(shù)的驅(qū)動下，通過傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并對其潛在規(guī)律進(jìn)行挖掘和關(guān)聯(lián)，從而在多學(xué)科、多物理量、多尺度的物理環(huán)境下對目標(biāo)對象的全生命周期過程進(jìn)行仿真，最終建立虛實空間的雙向映射，是解決上述問題的一種潛在和有效的技術(shù)手段。然而，現(xiàn)有研究多側(cè)重于數(shù)字孿生框架及概念的創(chuàng)新，數(shù)字孿生體建模技術(shù)仍是智能制造領(lǐng)域的研究熱點和難點。因此本文提出創(chuàng)建裝配生產(chǎn)線的數(shù)字孿生體，通過物理模型可視化表達(dá)生產(chǎn)線的物理屬性和潛在規(guī)律，通過標(biāo)準(zhǔn)化的描述方法構(gòu)建數(shù)字孿生行為模型，通過信息決策模型在硬件模塊的基礎(chǔ)上疊加反饋控制功能，優(yōu)化運行績效。最后通過智能維保系統(tǒng)展示數(shù)字孿生技術(shù)的服務(wù)應(yīng)用功能。

1 數(shù)字孿生技術(shù)研究現(xiàn)狀

2003年提出的數(shù)字孿生概念憑借信息物理深度融合理念引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，隨后這一技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，以解決設(shè)備維護(hù)和故障預(yù)測等問題。例如，美國國家航空航天局將基于數(shù)字孿生的復(fù)雜系統(tǒng)故障預(yù)測與消除方法應(yīng)用于飛行系統(tǒng)的健康管理[2]；美國空軍研究實驗室在虛擬空間中構(gòu)建了影響飛行的結(jié)構(gòu)偏差和溫度計算模型，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命進(jìn)行預(yù)測[3]?？陀^地說，自2010年美國國家宇航局與美國空軍聯(lián)合提出面向未來飛行器的數(shù)字孿生應(yīng)用范例后，數(shù)字孿生落地應(yīng)用的大門由此打開。目前數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展尚處于“百家爭鳴”，國外工業(yè)界如西門子、GE公司，學(xué)術(shù)界亞琛工業(yè)大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)等對數(shù)字孿生技術(shù)體系及應(yīng)用各有獨到的研究，國內(nèi)信通院、賽迪、安世亞太等機(jī)構(gòu)相繼發(fā)表了數(shù)字孿生相關(guān)白皮書，在數(shù)字孿生的概念、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用實踐等方面做了大量工作。

自數(shù)字孿生概念提出以來，其理論框架不斷被補(bǔ)充與豐富，研究人員針對具體的應(yīng)用場景提出了不同的數(shù)字孿生架構(gòu)。劉大同等[4]將數(shù)字孿生框架技術(shù)體系分為數(shù)據(jù)保障層、建模計算層、孿生功能層和體驗層；SCHROEDER等[5]提出一種基于Web服務(wù)管理數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生架構(gòu)。在研究智能車間方面，ZHANG等[6]提出可應(yīng)用于智能車間的數(shù)字孿生體系結(jié)構(gòu)，該體系由物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、信息層和應(yīng)用層組成；胡秀琨等[7]提出基于Web的數(shù)字孿生車間結(jié)構(gòu)模型；陶飛等[8]詳細(xì)解釋了數(shù)字孿生框架下數(shù)字孿生車間的概念。在研究風(fēng)力渦輪機(jī)的故障預(yù)測和健康管理問題時，數(shù)字孿生架構(gòu)被進(jìn)一步細(xì)化，首次提出由物理實體模型、虛擬設(shè)備模型、服務(wù)模型、數(shù)字孿生數(shù)據(jù)模型和關(guān)聯(lián)模型組成的五維數(shù)字孿生模型架構(gòu)，并以公式的形式直觀地展示各模型的組成[9]。

以上研究多側(cè)重于數(shù)字孿生的框架結(jié)構(gòu)，在一定程度上為通用數(shù)字孿生模型的建立提供了思路，具有一定的啟發(fā)性，而數(shù)字孿生模型構(gòu)建方面的研究也取得了不小的進(jìn)展。在建模仿真方面，董雷霆等[10]采用降階模型滿足了飛機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生的時效性要求；在功能映射方面，周有城等[11]利用數(shù)字孿生描述智能產(chǎn)品的模塊化功能，在此基礎(chǔ)上以產(chǎn)品為物理對象實現(xiàn)其在信息域的功能映射；在數(shù)據(jù)流動方面，柳林燕等[12]以生產(chǎn)過程中的車間關(guān)鍵要素為研究對象，重點闡述了基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OPC(OLE for process control)統(tǒng)一架構(gòu)的數(shù)字孿生物理層數(shù)據(jù)獲取以及生產(chǎn)運行過程的實時映射。以數(shù)據(jù)為媒介，實現(xiàn)物理層與虛擬層間的實時映射在數(shù)字孿生體系中尤為重要。在研究沖壓生產(chǎn)線物理數(shù)據(jù)與信息模型間的映射關(guān)系時，張琦[13]一方面采用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建了物理數(shù)據(jù)模型，另一方面分析了生產(chǎn)線的運動行為及邏輯,構(gòu)建了沖壓生產(chǎn)線數(shù)字信息模型；在研究微組裝生產(chǎn)線智能控制問題時，黃佳圣等[14]論證了以多源異構(gòu)數(shù)據(jù)分類、清洗與解析和實時驅(qū)動為特征的四維融合孿生模型能夠有效地實現(xiàn)行為、狀態(tài)和動作的實時映射。

上述研究大多應(yīng)用于某種特定的場景，往往根據(jù)需求側(cè)重于構(gòu)建某個層級，未能有效揭示數(shù)字孿生物理、行為和規(guī)則模型的構(gòu)建策略，且對離散制造裝配生產(chǎn)線的數(shù)字孿生建模研究較少。因此，本文以螺線管裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的建立為切入點，主要研究裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生的建模方法。

2 螺線管裝配生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型的構(gòu)成

在構(gòu)建數(shù)字孿生模型時，首先需要對物理實體的尺寸、形狀、裝配關(guān)系等屬性和規(guī)律進(jìn)行映射，使模型能夠通過已知經(jīng)驗或物理規(guī)律模擬物理實體的幾何、約束以及內(nèi)在機(jī)理等；其次是在模型中表達(dá)物理實體的行為，主要描述與行為活動相關(guān)聯(lián)的機(jī)械數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)、過程控制數(shù)據(jù)、拓?fù)湫畔ⅰ⒐δ苊枋鰯?shù)據(jù)等多學(xué)科、多物理量、多尺度數(shù)據(jù)信息；最后是構(gòu)建信息和決策模型，通過數(shù)據(jù)采集和虛擬仿真獲取來自物理層和虛擬層的海量數(shù)據(jù)，通過采用先進(jìn)的模型和算法進(jìn)行分析決策，并反饋與指導(dǎo)物理實體的行為，來實現(xiàn)整個生產(chǎn)活動的優(yōu)化控制。

2.1 生產(chǎn)線數(shù)字孿生物理模型的映射

數(shù)字孿生模型的物理部分是虛實空間相互映射最直觀的體現(xiàn)，主要通過三維實體表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)形狀和位置關(guān)系，具體可采用CAD、3D動畫、建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)、城市信息模型(City Information Modeling, CIM)等系統(tǒng)(一維)建模工具描述對象的組成部分和潛在的物理行為模式。在對數(shù)字孿生建模的過程中，任何虛實映射的過程都建立在物理實體的基礎(chǔ)上，特別是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于離散制造系統(tǒng)時，由于對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成元素不一、內(nèi)在物理規(guī)律繁多，對物理實體的基本要素進(jìn)行分析顯得尤為重要。因此，本文在構(gòu)建螺線管裝配生產(chǎn)線物理模型前，首先根據(jù)離散制造的特點提取關(guān)鍵要素。眾所周知，在生產(chǎn)活動中，生產(chǎn)對象(即產(chǎn)品)的質(zhì)量和產(chǎn)出率很大程度上與所采用的加工工藝有關(guān)，而必需的制造資源(設(shè)備)是加工工藝實現(xiàn)與否的前提，可見生產(chǎn)對象、加工工藝和制造資源三者相互關(guān)聯(lián)，是生產(chǎn)活動最具代表性的3個基本要素，需對其進(jìn)行分析，以便在映射過程中更準(zhǔn)確、形象地渲染物理實體的各關(guān)鍵要素。

如圖1所示，生產(chǎn)對象螺線管常安裝在汽車電子油門踏板中，在汽車的控制系統(tǒng)中用于操縱電流。其中鈑金件、霍爾管、蓋板和電容等是主要焊接件，其生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜。根據(jù)生產(chǎn)要求，螺線管自動化裝配生產(chǎn)線包括9個工位以及由直線氣缸和導(dǎo)桿氣缸組成的傳送系統(tǒng)。與生產(chǎn)線實體相對應(yīng)的三維模型如圖2所示，該模型描述了物理對象的尺寸、形狀、裝配關(guān)系等屬性，在其基礎(chǔ)上映射物理對象的約束關(guān)系、運動方式等物理規(guī)律，可提高數(shù)字孿生模型的保真度。

如何根據(jù)物理對象的實際工作情況，準(zhǔn)確有效地渲染場景、揭示模型的潛在規(guī)律并將其可視化表達(dá)，是最終實現(xiàn)物理實體與數(shù)字孿生模型高保真映射的關(guān)鍵。Open Inventor軟件用于創(chuàng)建三維對象，這些對象完全映射物理實體的形狀、尺寸和空間位置等基本屬性，并能夠以三維對象和屬性的形式表示各元素的約束關(guān)系和運動規(guī)律。因此，Open Inventor成為一種可行的建模手段，用于可視化表達(dá)數(shù)字孿生物理模型。

生產(chǎn)線數(shù)字孿生物理模型的建模過程如圖3所示，通過分析生產(chǎn)線基本要素，一方面可了解目標(biāo)對象的組成元素和結(jié)構(gòu)特點，建立其三維模型；另一方面，獲取其內(nèi)在約束關(guān)系和運動特性，并將上述特征通過節(jié)點信息表示。因為在整個數(shù)字孿生體系中需要實現(xiàn)各階段數(shù)據(jù)、文件、規(guī)則知識的存儲和信息流動，所以可以通過連接WRL文件和對應(yīng)模型節(jié)點，將物理對象的尺寸、形狀、裝配關(guān)系和運動特性等動靜態(tài)屬性進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，存儲在數(shù)字紐帶層的各數(shù)據(jù)庫中，再通過數(shù)據(jù)流動傳遞給虛擬空間?；赪RL文件讀取節(jié)點信息并創(chuàng)建根節(jié)點后，采用CreateBaseObject函數(shù)和AddChild函數(shù)生成隔離節(jié)點作為子節(jié)點單元，查找其父節(jié)點的接口節(jié)點位置，并將子節(jié)點單元添加到父節(jié)點。模型創(chuàng)建成功即實現(xiàn)了生產(chǎn)線數(shù)字孿生物理模型相關(guān)屬性的可視化表達(dá)。

通過上述工作，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)嵌入三維模型，使生產(chǎn)線物理模型包含生產(chǎn)線各個零部件的幾何特征和空間位置，實現(xiàn)設(shè)計、制造過程中的幾何信息、過程數(shù)據(jù)和對象機(jī)理一體化集成，為生產(chǎn)線數(shù)字孿生體提供模型基礎(chǔ)，但是仍未表達(dá)物理模型中的行為、規(guī)則，無法開展在環(huán)仿真和實時映射。因此，還必須基于生產(chǎn)活動數(shù)據(jù)建立行為模型，加強(qiáng)對目標(biāo)對象的管理。

2.2 生產(chǎn)線數(shù)字孿生行為模型的構(gòu)建

作為離散制造系統(tǒng)，裝配生產(chǎn)線包含大量的控制、執(zhí)行、檢測設(shè)備，涵蓋了機(jī)械數(shù)據(jù)(如剪裁力、焊接溫度)、電氣數(shù)據(jù)(如產(chǎn)品檢測電流值)、過程控制數(shù)據(jù)(如各工位生產(chǎn)節(jié)拍)、功能描述數(shù)據(jù)(如焊接路徑數(shù)據(jù)、焊點高度)等，涉及機(jī)械、電氣、控制等多學(xué)科知識。因此，需要標(biāo)準(zhǔn)化的描述方法構(gòu)建數(shù)字孿生行為模型，防止產(chǎn)生冗余和異構(gòu)信息。AutomationML、產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STandard for the Exchange of Product model data, STEP)[15]、基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言的流程定義語言(eXtensible markup language Process Definition Language, XPDL)[16]、JT(3D文件格式)是當(dāng)前主流的行為建模和描述方法。其中AutomationML表達(dá)建模工作流及其與產(chǎn)品和制造資源的關(guān)系，有利于實現(xiàn)多領(lǐng)域知識融合，故選擇用其構(gòu)建螺線管裝配生產(chǎn)線在虛擬空間中的行為模型。

螺線管生產(chǎn)線的制造對象是鈑金件與霍爾管，以可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)控制焊接設(shè)備，按照與幾何、時間相關(guān)的工藝流程和特征參數(shù)來控制生產(chǎn)線(如圖4)，其數(shù)字孿生行為模型描述了產(chǎn)品對象、設(shè)備資源和工藝過程?；诖?，系統(tǒng)采用AutomationML構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化行為模型，將資源設(shè)備和產(chǎn)品的特征參數(shù)映射到焊接過程中。標(biāo)準(zhǔn)化行為模型將整個行為過程描述成一系列活動以及行為過程與制造對象的關(guān)系，同時通過資源設(shè)備的參數(shù)表示該行為的能力。

通過AutomationML創(chuàng)建焊接行為模型的產(chǎn)品、資源、工藝要素，如圖5所示。首先，在AutomationML頂層創(chuàng)建焊接單元，該行為模型為內(nèi)部元素，包括產(chǎn)品、工藝和資源3個角色。具體為，通過幾何、物理等建模參數(shù)描述產(chǎn)品角色；通過不同層次結(jié)構(gòu)的幾何、運動以及與控制相關(guān)的屬性描述資源角色，建立可執(zhí)行行為模型；通過有序的過程行為將產(chǎn)品描述和資源描述關(guān)聯(lián)，生成工藝角色的描述。在焊接行為模型中，產(chǎn)品描述主要包括執(zhí)行焊接設(shè)備的幾何模型及其所需的路徑接口(用于與其他角色進(jìn)行關(guān)聯(lián))。在資源描述中，焊槍(WeldingGun)模型元素被考慮為首要資源，其內(nèi)部元素在接口類封裝上存在邏輯或物理關(guān)系，主要包括焊接動作元件(WeldingAction)、附帶保護(hù)氣體(ShieldingGas)、焊接溫度(WeldingTemperature)和送錫量(SnAmount)等子元素；在工藝描述方面，由于該模塊是連接產(chǎn)品和資源的重要橋梁，為了對產(chǎn)品幾何參數(shù)、時間參數(shù)進(jìn)行引用，需將順序類型接口添加到過程變量中，從而將產(chǎn)品、資源通過工藝相關(guān)聯(lián)，以此表示焊接行為。

焊接過程行為模型的標(biāo)準(zhǔn)化描述如圖6所示。各工藝變量的變化包含在焊接行為的資源要素(Resource)中，PathFirst表示焊接過程，是工藝要素(Process)的內(nèi)部元素，均采用PLCopenXML接口與表示路徑的可擴(kuò)展標(biāo)記語言(eXtensible Markup Language，XML)文件關(guān)聯(lián)。焊接路徑通過產(chǎn)品要素(Product)表達(dá)，通過COLLADA接口引用一個存儲了幾何特征的以dae為后綴的文件。圖中最左邊的箭頭連接線表示通過PPRConnector接口，實現(xiàn)了資源(Resource)、工藝(Process)和產(chǎn)品(Product)3個內(nèi)部元素的關(guān)聯(lián)。

2.3 生產(chǎn)線信息決策模型的構(gòu)建

信息與決策是保證自動化裝配生產(chǎn)線正常工作的關(guān)鍵，該模型由信息獲取和決策控制兩部分組成，如圖7所示。信息獲取主要依托于物理對象的數(shù)據(jù)采集模塊，在生產(chǎn)線中采集霍爾開關(guān)、溫度傳感器等數(shù)據(jù)信息后輸入主站。基于采集的信息，所建立的決策控制模型分析生產(chǎn)線各工位的實際情況，通過從站和主站對各工位氣缸和模組(電動滑臺)的運動進(jìn)行控制。另外，采用工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，在主從站之間以及主站與上位機(jī)(PC)之間建立通信，實現(xiàn)數(shù)字孿生架構(gòu)下的實時數(shù)據(jù)流動。

具體地，在信息獲取方面，螺線管裝配生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取物理實體層的運行狀態(tài)信息，主要包括光電傳感器、編碼器、無線射頻識別(Radio Frequency IDentification，RFID)、霍爾開關(guān)、溫度傳感器等感知設(shè)備；在決策控制方面，生產(chǎn)線主要通過運動控制模塊執(zhí)行決策模型的結(jié)果，該模塊是生產(chǎn)線的核心，由PLC及其擴(kuò)展模塊組成，該模塊中根據(jù)控制對象的不同分為模組運動模塊和氣缸運動模塊。通過向上述兩個子模塊發(fā)送指令，可以實現(xiàn)整條生產(chǎn)線復(fù)雜的裝配工藝過程。以生產(chǎn)線OP060工位為例，其決策控制模型框架由OB(組織塊)，F(xiàn)B(功能塊)，F(xiàn)C(功能)組成，如圖8所示。OB用于集成執(zhí)行程序，常對應(yīng)CPU中的特定事件，F(xiàn)B和FC在決策控制過程被調(diào)用執(zhí)行具體功能。當(dāng)接收到OP060指令時，模型執(zhí)行OP060程序塊，根據(jù)OP060程序塊中封裝的FB和FC驅(qū)動模組運動模塊和氣缸運動模塊中的硬件設(shè)備完成裝配流程。

在數(shù)字孿生架構(gòu)下，為準(zhǔn)確實時地接受指令并傳送數(shù)據(jù)，需要為物理層內(nèi)各模塊與虛擬層內(nèi)各模型建立通信，因此需選擇合適的通信協(xié)議，在橫向?qū)崿F(xiàn)物理層內(nèi)執(zhí)行設(shè)備、感知設(shè)備和控制設(shè)備的互聯(lián)互通，在縱向?qū)崿F(xiàn)物理實體層與虛擬模型層的交互優(yōu)化。目前，工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議具有較高的信息傳輸速率，常用的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議有Modbus/TCP，Ethernet/IP，Powerlink，PROFINET[17]。數(shù)字孿生實時映射交互要求傳輸數(shù)據(jù)量大、延遲時間短、通信循環(huán)周期穩(wěn)定性高，因此將PROFINET用作信息決策模型與硬件模塊之間的通信協(xié)議。

3 實例

將上述數(shù)字孿生建模方法應(yīng)用在螺線管及其配套產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)場，開發(fā)了基于數(shù)字孿生技術(shù)的生產(chǎn)線智能運維系統(tǒng)[18]。該系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖9所示，其中裝配生產(chǎn)線的生產(chǎn)現(xiàn)場為物理層，是實現(xiàn)虛實交互的基礎(chǔ)，在離散制造過程中，各類傳感器將采集到的數(shù)據(jù)和信息傳遞給虛擬層。虛擬層中各模型不斷更新數(shù)據(jù)并調(diào)用物理、行為和信息決策模型，實時跟進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場的狀態(tài)和性能，并將仿真分析結(jié)果反饋給物理層，通過控制器對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行優(yōu)化控制。在該運維系統(tǒng)的架構(gòu)下，數(shù)字孿生物理層、虛擬層通過工業(yè)以太網(wǎng)組成的局域網(wǎng)及相應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)行連接，實時更新數(shù)據(jù)庫中的生產(chǎn)信息，以瀏覽器/服務(wù)器為主要形式的服務(wù)層通過服務(wù)器發(fā)送指令調(diào)用數(shù)據(jù)。另外，將生產(chǎn)線控制器與交換機(jī)相連，即可在服務(wù)層實時監(jiān)測和控制自動化生產(chǎn)線的運行情況。

在智能運維系統(tǒng)中，基本生產(chǎn)信息模塊可為新用戶提供產(chǎn)品生產(chǎn)加工時的技術(shù)要求、工藝流程和設(shè)備資源信息等內(nèi)容，該系統(tǒng)的基本生產(chǎn)信息頁面如圖10所示。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)運行信息可通過智能運維系統(tǒng)實時展示，整個系統(tǒng)集成了過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)進(jìn)度反饋和生產(chǎn)質(zhì)量反饋等功能，如圖11所示。當(dāng)用戶遠(yuǎn)程調(diào)入螺線管生產(chǎn)信息后，存儲在虛擬層的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)與工藝參數(shù)，如連續(xù)工作時間、急停次數(shù)、不合格品數(shù)、熱鉚溫度、焊接溫等，將在過程實時監(jiān)測區(qū)域動態(tài)更新，當(dāng)前時刻的計劃完成率、各時段產(chǎn)品的完成量和各時段的生產(chǎn)效率信息在生產(chǎn)進(jìn)度反饋區(qū)域?qū)崟r展示，用戶可通過生產(chǎn)質(zhì)量反饋區(qū)域查詢各時段合格品與不合格品個數(shù)，獲取各時段內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)。上述生產(chǎn)運行信息模塊在服務(wù)層實時監(jiān)測各車間自動化生產(chǎn)線的運行情況，具體根據(jù)過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)進(jìn)度反饋和生產(chǎn)質(zhì)量反饋的信息評估生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品產(chǎn)出率，以便生產(chǎn)管理人員及時調(diào)整裝配生產(chǎn)線產(chǎn)能，開展維護(hù)保養(yǎng)活動，避免生產(chǎn)節(jié)拍不平衡、產(chǎn)出率低、維護(hù)不及時、人力資源浪費等問題，為管理者合理決策生產(chǎn)運行活動提供了有效的手段。

4 結(jié)束語

本文以離散制造系統(tǒng)的螺線管裝配生產(chǎn)線為研究對象，從物理、行為和信息決策3方面研究了生產(chǎn)線數(shù)字孿生的建模技術(shù)。在物理模型方面，利用Open Inventor表示生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)與運動特性，構(gòu)建了可視化物理模型，規(guī)劃了模型的節(jié)點信息；在行為模型方面，為簡化信息數(shù)據(jù)的表達(dá)并方便存儲與流動，防止產(chǎn)生冗余和異構(gòu)信息，針對生產(chǎn)線多學(xué)科、多領(lǐng)域知識的特點，從產(chǎn)品、資源和工藝角度采用AutomationML構(gòu)建了以焊接工藝為代表的標(biāo)準(zhǔn)化行為模型。最后，基于數(shù)據(jù)采集和運動控制模塊構(gòu)建信息及決策模型建立生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型，為后續(xù)設(shè)計、調(diào)試、管控、調(diào)度等的高效服務(wù)奠定基礎(chǔ)。另外，本文通過將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智能維保系統(tǒng)，表明數(shù)字孿生技術(shù)在反饋運行信息、提高生產(chǎn)效率、助力決策控制等方面具有實際應(yīng)用價值。