一种汽车发动机本体生产线数字孪生监测系统的制作方法

本发明涉及汽车制造智能生产与工业数字化监测领域，具体为一种汽车发动机本体生产线数字孪生监测系统。

背景技术：

1、随着智能制造和数字孪生技术的发展，汽车发动机本体生产线的在线监测与同步管控已成为离散制造领域的重要研究方向；为了实现生产线运行状态的准确感知和数字模型的实时映射，对多源生产数据的统一接入、时序分析和状态重建变得尤为重要；

2、在汽车发动机本体生产线的数字孪生监测过程中，现场通常存在数控设备、可编程逻辑控制器、输送控制器、工件编码读取装置以及在线测量装置等多种来源设备，不同设备在控制周期、通信方式和数据上报节拍上存在参数异构与节拍不一致的特征，容易出现事件乱序到达、时间基准不一致以及状态关联混乱的问题；现有方案往往更多依赖数据接收时间或单一时间戳进行状态更新，难以在网络抖动、断点补传、返修回流及测量结果滞后到达等工况下，准确判断工件、托盘和工位之间的对应关系，并保持数字孪生模型与物理产线状态的一致性，从而影响生产过程监测、质量追溯和异常判定的可靠性；

3、因此，如何对来自不同设备的生产事件进行统一时间对齐和有效约束，并结合工件流转关系、工序规则及历史状态边界完成准确关联和状态修正，得到能够真实反映生产线物理状态的监测结果，方便后续实现数字孪生模型的稳定同步更新，对保障汽车发动机本体生产线安全、高效和精确运行至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种汽车发动机本体生产线数字孪生监测系统，解决以下技术问题：现有数字孪生监测技术在面对多源数据乱序到达时的事件时间对齐以及复杂工况下的状态准确关联方面存在时间基准偏差与状态关联失效的技术缺陷，亟待提出一种能够更精准处理多源事件时间约束、动态修正产线物理状态的汽车发动机本体生产线数字孪生监测系统。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

2、一种汽车发动机本体生产线数字孪生监测系统，应用于包含多个工位及输送线的生产线，包括数据接收模块、时间确定模块、数据关联模块、状态更新模块和结果输出模块；数据接收模块用于与至少一种来源设备通信连接并接收数据，所述来源设备至少包括数控设备、可编程逻辑控制器、输送控制器、工件编码读取装置和在线测量装置；

3、对于具有周期控制参数的来源设备，解析其基准时间、控制周期、周期序号和周期内时间偏移比例；对于不具有周期控制参数的来源设备，接收其事件时间标识，并生成统一事件记录；时间确定模块用于根据统一事件记录确定事件绝对时间，根据统一事件记录中的事件类型和事件参数提取表示工件、托盘或工位状态变化的关键节点，并结合预设的设备通信延迟、相对于计划节拍时间设定的节点允许时间范围以及工序允许时间范围，生成事件有效时间区间；

4、数据关联模块用于以工件作为监测对象，维护工件与托盘、工位的对应关系，根据事件有效时间区间和对应工位筛选待匹配工件，并根据路线一致性、工位占用一致性、工序一致性、编码一致性和时间差值计算综合匹配值，将事件关联至对应监测对象；状态更新模块用于维护各监测对象的状态确认时间点，并根据事件有效时间区间与状态确认时间点的先后关系，执行当前数字孪生状态更新、待处理队列中待定状态数据修正，或者历史状态记录补写；结果输出模块用于输出监测对象的监测信息，并根据更新后的状态数据驱动生产线的数字孪生模型同步更新。

5、在一种可选方案中：所述统一事件记录包括来源设备标识、事件类型、事件参数、接收时间、周期序号、周期内时间偏移比例、托盘标识、工位标识和工序标识；所述时间确定模块根据基准时间、控制周期、周期序号和周期内时间偏移比例确定事件绝对时间。

6、在一种可选方案中：所述事件有效时间区间根据事件绝对时间、来源设备容差时间、节点允许时间范围和工序允许时间范围确定；当事件有效时间区间的下限大于上限时，将对应事件放入待处理队列，等待后续关键节点重新计算，且不用于改变当前数字孪生状态。

7、在一种可选方案中：所述关键节点包括托盘到达工位、工件编码读取完成、夹具夹紧完成、工件离站放行和在线测量结果归档完成中的至少一种；每一关键节点由逻辑产线段、物理工位和预设坐标区间限定；所述时间确定模块还用于为各工位配置预设的工序流转规则表，仅当事件对应的当前工序至目标工序属于工序流转规则表允许的流转关系时，才允许该事件更新对应监测对象的工序状态。

8、在一种可选方案中：所述数据关联模块对筛选出的待匹配工件计算综合匹配值，所述综合匹配值根据各一致性、时间差值及其对应权重确定；其中，所述时间差值根据事件绝对时间与待匹配工件预计到达时间的差值确定，所述待匹配工件预计到达时间根据工件历史流转信息及产线运行状态确定；

9、当待匹配工件数量为一且综合匹配值不低于预设最低匹配阈值，或者待匹配工件数量大于一、最高综合匹配值不低于预设最低匹配阈值且最高综合匹配值与第二高综合匹配值之差不低于预设匹配差值阈值时，将事件关联至最高综合匹配值对应的工件；否则将事件放入待处理队列，等待后续关键节点重新计算，且不用于改变当前数字孪生状态。

10、在一种可选方案中：所述状态更新模块按照已确认关键节点的事件有效时间区间上限确定状态确认时间点；当事件有效时间区间的上限早于状态确认时间点时，将该事件作为历史事件，仅执行历史状态记录补写；

11、当事件有效时间区间的下限早于且上限晚于状态确认时间点时，将该事件作为跨期事件，保留当前数字孪生状态中的位置状态和工位占用状态，并修正历史状态记录中的过程数据；当事件有效时间区间的下限晚于或等于状态确认时间点时，将该事件作为当前事件，用于执行当前数字孪生状态更新。

12、在一种可选方案中：所述数据关联模块还用于在工件由当前工位返回已加工过的返修目标工位时，根据预设的返修流转规则表确定所述返回是否属于允许流转路径；当属于允许流转路径时，生成包含工件编码和返修次数标识的加工轮次标识，并根据最近一次返修放行时刻、返修路径长度和返修工位排队状态重新确定该工件进入返修工位的预计到达时间。

13、在一种可选方案中：对于由在线测量装置生成的在线测量事件，所述数据关联模块根据工件编码、加工路径、测量时间以及测量结果与加工参数的对应程度确定测量匹配值；所述测量结果与加工参数的对应程度根据待匹配工件上游工位的加工参数序列与同一工件历史测量序列的对应关系确定；

14、测量时间一致性按照在线测量事件的事件绝对时间与待匹配工件预计到达在线测量装置的预计到达时间之间的时间间隔确定，并将最高测量匹配值对应且满足预设测量匹配阈值的在线测量事件关联至对应工件及对应加工轮次标识。

15、在一种可选方案中：还包括参数调节模块，用于根据来源设备事件时间偏差统计结果调整提前容差时间和滞后容差时间；设定历史统计周期为预设时间窗口，当历史统计周期内经人工复核确认的误判率高于第一阈值时，按预设步长提高预设最低匹配阈值；并且当历史统计周期内返修工件比例高于第二阈值时，按预设步长提高预设匹配差值阈值。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、1.本系统通过解析来源设备的控制周期等参数或事件时间标识以确定事件绝对时间，并结合预设通信延迟和工序允许时间范围生成事件有效时间区间；该方案有效解决了多源设备控制周期差异与通信时延导致的数据乱序到达和时间基准不一致问题，确保了产线事件的统一时间约束，提升了数字孪生模型感知运行状态的可靠性；

18、2.本系统基于路线、工序一致性及时间差值计算综合匹配值，并根据有效时间区间与状态确认时间点的关系，执行当前状态更新、待处理队列修正或历史记录补写；该机制克服了网络抖动、返修回流及测量滞后带来的状态关联混乱难题，在避免历史迟到数据错误覆盖当前真实状态的前提下，保持了数字孪生模型与物理产线的一致性。