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一种基于数字孪生技术的 物联网工业生产过程监控方法

阅读：966发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，涉及物联网工业车间技术领域。本方法基于物联网工业车间，利用数字孪生技术的虚拟孪生、预测孪、孪生投影，首先在物联网云平台创建数字空间，在数字空间里构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，随后在数字空间进行虚拟实体的预测建模和预测孪生操作行为，其次为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，最后通过数据挖掘、机器学习技术和AI 算法分析，完成物联网工业车间生产过程的智能监控，并根据监控信息对物联网工业车间的整个生产过程进行多次调整，以期获得最优的生产过程和最佳产量输出。，下面是一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于,该方法基于物联网工业车间，首先利用数字孪生技术的虚拟孪生，在物联网云平台创建数字空间，在数字空间里构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，随后利用数字孪生技术的预测孪生，在数字空间进行虚拟实体的预测建模和预测孪生操作行为，其次利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，最后通过数据挖掘、机器学习技术和AI 算法分析，完成物联网工业车间生产线上工业生产设备、原材料、人员、质量检测、以及生产售前和售后的智能监控。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察时，通过大数据分析和数据挖掘将所得数据进行处理分析后上传到物联网云平台，随后，再次对物联网工业车间的生产过程进行数字孪生，第二次进行洞察、投影，对第一次数字孪生和从生产实际过程中学习到的数据进行修正，获得最优生产过程和产量。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，所述洞察就是物联网工业车间实时接收到的生产指令，生产指令控制着物联网工业车间内的工业生产设备、物料配送。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，所述物联网工业车间的工业生产设备包括各类传感系统、温湿度传感器、火警监控系统、传送带传送速度监控系统、诊断系统。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，所述诊断系统内置专家系统和人工智能系统，实时监控工业生产设备的工作状态，当工业生产设备出现问题时，通过诊断系统和大数据分析，调用物联网云平台内的应激故障数据，决定是通过诊断系统对工业生产设备内的各个系统进行更新或是判断硬件出现问题；
当硬件出现问题后，诊断系统将发送指令给物联网工业车间的人工智能机器人，机器人前往现场故障设备中去检测，进行维修；如果机器人在其系统内存储的应对方法内未找到合适的维修方法，则维修失败，随后，智能机器人将失败原因发往诊断系统，并向人工控制界面发送请求，请求高级专家现场检修；
当智能机器人将工业设备维修成功后，工业生产设备开始重新运行；诊断系统接收到工业生产设备正常运行的消息，重新监控此工业生产设备；智能机器人将检测设备出现的故障原因、维修过程、维修时间等数据发送给物联网云平台，存储在数据库中。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，根据物联网云平台收集的数据，对数字空间的虚拟实体进行同样的虚拟化操作。
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，所述虚拟实体是指为物联网工业车间的工业生产设备创建一个虚拟表示或者是在云中的一整个设备，所述的一整个设备是通过大量的协议或者连接方法连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，其特征在于，在数字空间里构建表征工业生产设备的虚拟实体是通过大量的协议或者连接方法连接的，表征工业生产设备的虚拟实体还需要使用强大的语义模型，对虚拟实体的属性设置一个正常的操作范围，业务规则以声明方式定义复杂事件处理引擎能够在物联网的边缘自动实现实例化。

说明书全文

一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及物联网工业生产车间，具体的说是一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法。

背景技术

[0002] 数字孪生(digital twin)是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。数字孪生具有以下特点：①对物理对象的各类数据进行集成，是物理对象的忠实映射；②存在于物理对象的全生命周期，与其共同进化，并不断积累相关知识；③不仅能够对物理对象进行描述，而且能够基于模型化物理对象。

[0003] 随着物联网技术的快速发展，物理实体的数字化化身概念得到了极大发展。随着工业4.0的变革，物联网在工业中的应用越来越多。数字孪生技术的应用模式能使使用者在数字化产品中看到实际物理产品可能发生的情况而备受广泛关注。数字孪生技术的数据模式都能够进行双向沟通，真实物理产品的状态和参数将通过智能生产系统集成的赛博物理系统(CPS)向数字化模型反馈。

[0004] 但是数字孪生技术的发展并不完善，学术界主要针对数字孪生的建模、信息物理融合、交互与协作及服务应用等方面展开研究。在建模相关理论上，包括无理行为研究、无损材料测定技术、量化误差与置信评估研究，已取得一定进展。在信息融合方面，目前仅在数据融合方面的降维处理、传感器数据与制造数据集成融合上有初步研究，而针对数字孪生信息物理融合理论与技术的研究仍为空白。在交互协同方面，几乎没有机器间以及服务间交互协同的相关研究。在服务应用方面，在实现服务融合协同上仍有很多问题有待研究解决。

[0005] 数字孪生技术的发展，给物联网工业的发展带来了新的可能性，可以更准确地预测产品生产过程中的一系列问题。在这种情况下，如何能有效的利用数字孪生技术来改善物联网工业车间的生产效率，以及如何有效利用数字孪生技术和机器学习技术提高生产率成为亟需解决的问题。

发明内容

[0006] 本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法。

[0007] 本发明的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

[0008] 一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，该方法基于物联网工业车间，首先利用数字孪生技术的虚拟孪生，在物联网云平台创建数字空间，在数字空间里构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，随后利用数字孪生技术的预测孪生，在数字空间进行虚拟实体的预测建模和预测孪生操作行为，其次利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，最后通过数据挖掘、机器学习技术和AI 算法分析，完成物联网工业车间生产线上工业生产设备、原材料、人员、质量检测、以及生产售前和售后的智能监控。

[0009] 可选的，利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察时，通过大数据分析和数据挖掘将所得数据进行处理分析后上传到物联网云平台，随后，再次对物联网工业车间的生产过程进行数字孪生，第二次进行洞察、投影，对第一次数字孪生和从生产实际过程中学习到的数据进行修正，获得最优生产过程和产量。

[0010] 可选的，所涉及洞察就是物联网工业车间实时接收到的生产指令，生产指令控制着物联网工业车间内的工业生产设备、物料配送。

[0011] 可选的，所涉及物联网工业车间的工业生产设备包括各类传感系统、温湿度传感器、火警监控系统、传送带传送速度监控系统、诊断系统。

[0012] 可选的，所涉及诊断系统内置专家系统和人工智能系统，实时监控工业生产设备的工作状态，当工业生产设备出现问题时，通过诊断系统和大数据分析，调用物联网云平台内的应激故障数据，决定是通过诊断系统对工业生产设备内的各个系统进行更新或是判断硬件出现问题；

[0013] 当硬件出现问题后，诊断系统将发送指令给物联网工业车间的人工智能机器人，机器人前往现场故障设备中去检测，进行维修；如果机器人在其系统内存储的应对方法内未找到合适的维修方法，则维修失败，随后，智能机器人将失败原因发往诊断系统，并向人工控制界面发送请求，请求高级专家现场检修；

[0014] 当智能机器人将工业设备维修成功后，工业生产设备开始重新运行；诊断系统接收到工业生产设备正常运行的消息，重新监控此工业生产设备；智能机器人将检测设备出现的故障原因、维修过程、维修时间等数据发送给物联网云平台，存储在数据库中。

[0015] 可选的，根据物联网云平台收集的数据，对数字空间的虚拟实体进行同样的虚拟化操作。

[0016] 可选的，所涉及虚拟实体是指为物联网工业车间的工业生产设备创建一个虚拟表示或者是在云中的一整个设备，所涉及的一整个设备是通过大量的协议或者连接方法连接。

[0017] 可选的，在数字空间里构建表征工业生产设备的虚拟实体是通过大量的协议或者连接方法连接的，表征工业生产设备的虚拟实体还需要使用强大的语义模型，对虚拟实体的属性设置一个正常的操作范围，业务规则以声明方式定义复杂事件处理引擎能够在物联网的边缘自动实现实例化。

[0018] 本发明的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，与现有技术相比具有的有益效果是：

[0019] 本发明的方法基于物联网工业车间，首先利用数字孪生技术的虚拟孪生，在物联网云平台创建数字空间，在数字空间里构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，随后利用数字孪生技术的预测孪生，在数字空间进行虚拟实体的预测建模和预测孪生操作行为，其次利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，最后通过数据挖掘、机器学习技术和AI算法分析，完成物联网工业车间生产线上工业生产设备、原材料、人员、质量检测、以及生产售前和售后的智能监控，由此监控信息，可以对物联网工业车间的整个生产过程进行多次调整，以期获得最优的生产过程和最佳产量输出。

具体实施方式

[0020] 为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有实施例,都在本发明的保护范围之内。

[0021] 实施例一：

[0022] 本实施例提出一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，该方法基于物联网工业车间，首先利用数字孪生技术的虚拟孪生，在物联网云平台创建数字空间，在数字空间里构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，随后利用数字孪生技术的预测孪生，在数字空间进行虚拟实体的预测建模和预测孪生操作行为，其次利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，最后通过数据挖掘、机器学习技术和AI算法分析，完成物联网工业车间生产线上工业生产设备、原材料、人员、质量检测、以及生产售前和售后的智能监控。

[0023] 在本实施例中，利用数字孪生技术的孪生投影，为工业生产设备操作提供洞察时，通过大数据分析和数据挖掘将所得数据进行处理分析后上传到物联网云平台，随后，再次对物联网工业车间的生产过程进行数字孪生，第二次进行洞察、投影，对第一次数字孪生和从生产实际过程中学习到的数据进行修正，获得最优生产过程和产量。

[0024] 在本实施例中，所涉及洞察就是物联网工业车间实时接收到的生产指令，生产指令控制着物联网工业车间内的工业生产设备、物料配送。

[0025] 在本实施例中，所涉及物联网工业车间的工业生产设备包括各类传感系统、温湿度传感器、火警监控系统、传送带传送速度监控系统、诊断系统。

[0026] 在本实施例中，所涉及诊断系统内置专家系统和人工智能系统，实时监控工业生产设备的工作状态，当工业生产设备出现问题时，通过诊断系统和大数据分析，调用物联网云平台内的应激故障数据，决定是通过诊断系统对工业生产设备内的各个系统进行更新或是判断硬件出现问题；

[0027] 当硬件出现问题后，诊断系统将发送指令给物联网工业车间的人工智能机器人，机器人前往现场故障设备中去检测，进行维修；如果机器人在其系统内存储的应对方法内未找到合适的维修方法，则维修失败，随后，智能机器人将失败原因发往诊断系统，并向人工控制界面发送请求，请求高级专家现场检修；

[0028] 当智能机器人将工业设备维修成功后，工业生产设备开始重新运行；诊断系统接收到工业生产设备正常运行的消息，重新监控此工业生产设备；智能机器人将检测设备出现的故障原因、维修过程、维修时间等数据发送给物联网云平台，存储在数据库中。

[0029] 在本实施例中，根据物联网云平台收集的数据，对数字空间的虚拟实体进行同样的虚拟化操作。

[0030] 在本实施例中，所涉及虚拟实体是指为物联网工业车间的工业生产设备创建一个虚拟表示或者是在云中的一整个设备，所涉及的一整个设备是通过大量的协议或者连接方法连接。

[0031] 在本实施例中，在数字空间里构建表征工业生产设备的虚拟实体是通过大量的协议或者连接方法连接的，表征工业生产设备的虚拟实体还需要使用强大的语义模型，对虚拟实体的属性设置一个正常的操作范围，业务规则以声明方式定义复杂事件处理引擎能够在物联网的边缘自动实现实例化。

[0032] 综上可知，采用本发明的一种基于数字孪生技术的物联网工业生产过程监控方法，利用数字孪生技术的虚拟孪生、预测孪生、孪生投影构建一套表征物联网工业车间中工业生产设备在设计、研发、工作、迭代过程中的虚拟实体，通过虚拟实体为工业生产设备操作提供洞察，并将洞察通过物联网云平台投影到虚拟实体，实现虚拟实体与物联网工业车间的数据交互，通过数据挖掘、机器学习技术和AI算法分析，完成物联网工业车间生产线上工业生产设备、原材料、人员、质量检测、以及生产售前和售后的智能监控，最终，由此监控信息，可以对物联网工业车间的整个生产过程进行多次调整，以期获得最优的生产过程和最佳产量输出。

[0033] 以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容，并不用于限制本发明的保护范围，本发明的技术方案不限制于上述具体实施方式内。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

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技术领域

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发明内容

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