(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 202211258400.3 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 丁国富　谢家翔　潘家庆　郑庆　 张海柱　 (74)专利代理 机构 成都海成知识产权代理事务 所(普通合伙) 51357 专利代理师 庞启成 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种数字孪生车间多维多层级模型构建与 动态配置方法 (57)摘要 本发明公开了一种数字孪生车间多维多层 级模型构建与动态配置方法， 具体为： 将数字孪 生车间多维虚拟模型定义为信息模 型、 可视化模 型和机理模 型三个维度， 其中可视化模型是数字 孪生车间多维多层级模型的可视化展示， 机理模 型表达了生产车间的生产运行逻辑和机理， 信息 模型则集 成了生产车间运行数据； 在构建数字孪 生车间多维多层级模型相关子模 型后， 分为执行 前仿真验证、 执行中实时监控、 执行后优化迭代 三个阶段对多维多层级模型进行融合。 本发明实 现了能够面向车间运行管控、 优化等应用的数字 孪生车间多维多层级模型构建， 明确了建模基本 步骤， 提高了建模效率， 提高模型准确率。 权利要求书4页 说明书12页 附图2页 CN 115544775 A 2022.12.30 CN 115544775 A 1.一种数字孪生车间多维多层级模型构建与动态配置方法， 其特征在于： 包括以下两 个步骤： S1： 数字孪生车间多维多层级模型构建； S2： 数字孪生车间多维多层级模型融合。 2.如权利要求1所述的一种数字孪生车间多维多层级模型构建与动态配置方法， 其特 征在于： S1步骤中， 数字孪生车间多维多层级模型构建包括以下步骤： 制造系统关系定义、 数字孪生车间多维多层级模型定义、 元素级 可视化模型定义、 生产单元可视化模 型定义、 生 产车间可视化模型的形式化定义、 元素级机理模型定义、 生产单元机理模型定义、 生产车间 机理模型形式化定义、 数字孪生车间信息模型在元素级信息模型定义、 数字孪生车间信息 模型在单 元级信息模型定义、 数字 孪生车间信息模型在车间级信息模型定义。 3.如权利要求2所述的一种数字孪生车间多维多层级模型构建与动态配置方法， 其特 征在于： 制造系统关系定义如下： System Structure＝<SC,LPN> 式中： System  Structure代表为制造系统关系； SC代表服务单元； LPN代表物流路径网 络； 数字孪生车间多维多层级模型定义 为： TwinModel＝{VisualModel,Pri nModel,I nfoModel}； 其中： TwinModel代表数字孪生车间多维多层级模型， VisualModel代表可视化模型， 可 视化模型是数字孪生车间多维多层级模 型的可视化展示； Pr inModel代表机理模 型， 机理模 型表达了生产车间的生产运行逻辑和机理； InfoModel代表信息模 型， 信息模 型集成了生产 车间运行 数据。 4.如权利要求3所述的一种数字孪生车间多维多层级模型构建与动态配置方法， 其特 征在于： 在设备层， 数字孪生车间多维多层级模型中的多维度分为三个层面体现， 在 设备层， 设 备的数据模型、 可视化模型和机理模型形成了三个维度的基本模型要 素； 在单元层， 通过对 生产单元内各个设备的关系描述， 将多个设备的多维模型通过单元内逻辑关系组合起来形 成单元的多维模型； 在车间层， 通过产品工艺路线和车间物 流关系形成生产逻辑， 将单元和 单元间的物流设备进行有机关联， 并将其多维模型进行 连接形成车间的多维模型； 元素级可视化模型定义 为： CompVisualModel ＝{MotionModel,3DModel} 其中： CompVisualModel代表元素的可视化模型， MotionModel代表元素运动 模型， 定义 了设备部件 模型的层次和运动关系； 3DModel代 表设备各个部件3D模型； 各个元素的可视化模型的组合形成了生产 单元的可视化模型， 生产单元可视化模型定 义为： SCVisualModel ＝{CompVisualModel1,...,CompVisualModeli} 式中： SCVisualModel代表单元级可视化模型， CompVisualModel1代表生产单元中的一 个元素的可视化模型， 生产单 元的可视化模型由若干个元 素的可视化模型组成； 生产单元与生产 单元通过物流路径进行关联形成了生产 车间的可视化模型， 故生产 车权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115544775 A 2间由生产单 元以及生产单 元间的物流设备组成， 生产车间可视化模型的形式化定义如下： ShopVisualModel ＝{SCVisualModeli,CompVisualModelj|1≤i≤n,1≤j≤m} 式中： ShopVisualModel代表生产车间的可视化模型， SCVisualModeli代表车间中的所 有生产单元可视化模型的集合， CompVisualModelj代表车间中所有车间生产资源可视化模 型的集合； n为该生产车间定义的单元数量， m为该生产车间执行单元间物流任务的元素数 量； 数字孪生车间机理模型在元素级通过七要素模型进行统一表征， 每个要素都是一个在 车间中充当特定角色的独立对 象， 它们封装了内部运行逻辑和与外部环境交互的接口； 元 素级机理模型定义 为： CompPrinModel＝{CompStateModel,CompL ogicModel} 式中： CompPrinModel代表生产设备的机理模型， CompStateModel代表生产设备的状态 模型， CompL ogicModel代表生产设备的运行逻辑模型； 数字孪生车间机理模型在单元层为物料到达单元后进行上下料操作的单元控制逻辑， 生产单元机理模型定义 为： SCPrinModel＝{SCStateModel,SCL ogicModel} 式中： SCPrinModel代表生产单元机理模型， SCStateModel代表单元运行状态， SCLogicModel代表生产单 元的运行逻辑； 生产单元运行状态是元素状态的有机组合， 定义生产单元运行状态及其对应的参数如 下： 生产单元输入的允许/禁止取决于该单元是否能够接受新的物料进入缓存或直接加 工， 输出的允许/禁止则取决于该 单元是否能够接受已有物料离开该 单元； 生产车间机理模型 形式化定义 为： ShopPrinModel＝{ShopStateModel,ShopL ogicModel} 式中： ShopPrinModel代表生产车间机理模型， ShopStateModel是车间状态模型， 代表 了车间运行的不同状态， 包括空闲、 生产中、 故障停产； ShopLogicModel是车间的逻辑模 型， 该逻辑模型包 含了生产逻辑模型和物流网络模型； 数字孪生车间信息模型在元素级为生产设备实时运行数据、 仿真执行数据； 在单元层 为单元任务序列、 物料实时数据、 加工过程数据； 在车间层为车间生产 布局、 调度方案、 运行 数据； 数字孪生车间信息模型在元 素级信息模型定义 为： CompInfoModel ＝{CompSimI nfo,CompReal Info,CompHistoryI nfo} 式中： Comp InfoModel代表元素的信息模型， CompSimInfo是元素的仿真数据， 包括输入 数据、 输出数据； Comp RealInfo是元素的实时数据， 通过SCADA系统采集相关数据后对这些 数据进行分类存 储所得； CompHistoryI nfo是历史数据； 数字孪生车间信息模型在单 元级信息模型定义 为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115544775 A 3