(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210993436.X (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253号 (72)发明人 李旺　阴艳超　唐军　阴彦磊　 (74)专利代理 机构 昆明人从众知识产权代理有 限公司 5 3204 专利代理师 陈波 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种流程制造车间数字孪生模 型、 数字孪生 系统构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种流程制造车间数字孪生 模型、 数字孪生系统构建方法， 数字孪生模型构 建方法， 包括： 通过工业的建模软件对流程制造 物理车间的各要素几何物理属性进行建模， 构建 静态物理模型SPM； 依据流程制造物理车间的动 态数据之间的关联关系， 构建动态数据关系模型 DDRM； 建立数据通 讯接口， 对SPM与型DDRM进行模 型融合， 完成数字孪生模 型的构建。 进一步， 对车 间要素的多维数字孪生模型按照物理车间的组 成结构进行分级， 获得车间级的多维数字孪生模 型； 构建物理产线系统PS、 虚拟产线系统VS、 生产 线信息服务系统IS以及孪生数据系统DS组合而 成的数字孪生系 统； 将PS、 VS与IS通过DS进行两 两交互、 迭代运行， 完成数字 孪生系统的构建。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115495880 A 2022.12.20 CN 115495880 A 1.一种流 程制造车间数字 孪生模型构建方法， 其特 征在于： 包括： 通过工业的建模软件对流程制造物 理车间的各要素几何物理属性进行建模， 构建静态 物理模型S PM； 依据流程制造物理车间的动态数据之间的关联关系， 构建动态数据关系模型D DRM； 建立数据通讯接 口DCI， 对静态物理模型SPM与动态数据关系模型DDRM进行模型融合， 完成车间要素多维数字 孪生模型的构建。 2.根据权利要求1所述的流程制造车间数字孪生模型构建方法， 其特征在于： 所述车间 要素多维数字孪生模型由静态物理模型与动态数据关系模型融合而成， 车间要素多维数字 孪生模型DTM的表达式为： DTM＝SPM∪DDRM∪DCI 其中： SPM为静态 物理模型； D DRM为动态数据关系模型； DCI 为数据通讯接口。 3.根据权利要求1所述的流程制造车间数字孪生模型构建方法， 其特征在于： 所述静态 物理模型S PM与动态数据关系模型D DRM进行模型融合的表达式为： F＝O∪U DDRM＝{S,C}且 O＝{o1， o2，…， oq} C＝{c1,c2,…,ct}且 其中： F表示合理评价 法则； O表示合理约束关系， oq表示第q个合理约束关系； U表示合理 运行阈值， uP表示第P个 合理运行阈值； S表示设备运 行参数集， SP表示设备第P个 运行参数； C 表示生产流程工艺参数数据集， ct表示第t个工艺参数； 表示S作用于C； WE表示车间 事件； Z表示事件评价机制； 表示工艺参数构成车间事件WE， 由事件评价机 制Z对车间内的车间事件WE进行评价； 表示设备运行参数与运行阈值特征匹配； 表示 合理评价法则与事 件评价机制有效集成。 4.根据权利要求3所述的流程制造车间数字孪生模型构建方法， 其特征在于： 所述融合 的步骤， 包括： 通过分析静态物 理模型SPM层次结构， 确立静态物理模型SPM中的合理约束关系以及合 理运行阈值， 构建包括 合理约束关系与合理运行阈值的合理评价法则； 依据动态数据关系模型DDRM中动态数据的动态变化， 建立生产流程动态数据 —产线事 件的映射关系， 生成事 件评价机制； 通过事件评价机制当前产线事件与 车间生产流程进行比对判定； 通过合理评价法则对 静态物理模型中合理约束关系与合理运行阈值的合理性进 行判定； 对产线的设备运行参数 数据与合理运行阈值进行 特征匹配； 通过数据通讯接口DCI实现动态数据对静态物 理模型的实时驱动以及动态数据的实时 映射， 完成合理评价法则与事件评价机制有效集成； 完成车间要素多维数字孪生模型 的构权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495880 A 2建。 5.一种流 程制造车间数字 孪生模型构建装置， 其特 征在于： 包括： 第一构建模块， 用于通过工业的建模软件对流程制造物 理车间的各要素几何物理属性 进行建模， 构建静态 物理模型S PM； 第二构建模块， 用于依据流程制造物理车间的动态数据之间的关联关系， 构建动态数 据关系模型D DRM； 第三构建模块， 用于建立数据通讯接口DCI， 对静态物理模型SPM与动态数据关系模型 DDRM进行模型融合， 完成车间要素多维数字 孪生模型的构建。 6.一种流程制造车间数字孪生系统 的构建方法， 其特征在于： 包括权利要求1 ‑4中任一 项所述的流 程制造车间数字 孪生模型构建方法， 还 包括： 对车间要素的多维数字孪生模型按照物理车间的组成结构进行分级， 获得车间级的多 维数字孪生模型； 构建物理产线系统、 虚拟产线系统、 生产线信息服务系统以及孪生数据系统组合而成 的数字孪生系统； 其中， 虚拟产线系统包括车间级的多维数字 孪生模型； 将物理产线系统、 虚拟产线系统与生产线信 息服务系统通过孪生数据系统进行两两交 互、 迭代运行， 完成流 程制造车间数字 孪生系统的构建。 7.根据权利要求6所述的流程制造车间数字孪生系统 的构建方法， 其特征在于： 对车间 要素的多维数字孪生模型按照物理车间的组成结构分为： 单元级、 产线级、 车间级三个物理 层次， 模型表达式如下： DTMws＝n×DTMpl+DTMev DTMpl＝n1×DTMeq+n2×DTMpr+n3×DTMpe 其中： n、 n1、 n2、 n3分别表示对应孪生模型的虚拟表示数量； DTMws为车间级数字孪生模 型； DTMpl为产线级数字孪生模型； DTMev为环境要素数字孪生模型； DTMeq为设备数字孪生模 型； DTMpr为物料/产品数字 孪生模型； DTMpe为人员数字 孪生模型。 8.根据权利要求6所述的流程制造车间数字孪生系统 的构建方法， 其特征在于： 所述物 理产线系统、 虚拟产线系统与生产线信息服务系统通过孪生数据系统进行两两交互、 迭代 运行， 完成流 程制造车间数字 孪生系统的构建， 包括： 生产线信 息服务系统与物理产线系统之间进行数据通信， 基于生产线信 息服务系统对 物理产线系统的生产要素资源的获取， 生产线信息服务系统对生产要素进行资源配置， 并 制定生产任务计划； 物理产线系统用于获取生产线信息服务系统制定的生产任务计划进 行 生产运行， 并将生产运行产生的动态数据传输 至孪生数据系统； 物理产线系统与虚拟产线系统之间进行虚实映射， 虚拟产线系统对物 理产线系统 的生 产运行状态进行实时监控， 根据物理产线系统的动态数据建立动态数据之间的关联关系， 并对物理产线系统的运行状态进行实时预警， 实现对物理产线系统的监管； 生产线信 息服务系统与虚拟产线系统之间进行信 息反馈， 生产线信 息服务系统通过获 取虚拟产线系统的预警信息， 依据预警信息对生产任务计划进行优化； 各系统之间的交 互不断迭代， 直到生产任务结束； 其中， 物理产线系统、 虚拟产线系统与生产线信息服务系统之间的数据交互通过孪生 数据系统实现。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495880 A 3