基于BIM的洗衣机生产线数字孪生建模方法与流程

基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法
技术领域
1.本发明涉及到一种工业生产的数字孪生方法，尤其涉及该一种基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法。


背景技术：

2.凭借数字孪生技术许多国家将传统生产线升级为了智能化生产线，因此bim以及数字孪生技术也成为了学术界和企业的重点关注技术。作为新兴的技术，数字孪生智能化管控系统也成为了将传统生产升级为智能化生产的关键技术。其中最重要的是，基于bim的数字孪生系统的兴起使智能化工业生产线管理和控制成为可能。该系统可扩展性高，发展前景大，并且更容易与新一代信息技术相结合，可以随互联网技术的发展而共同进步，当前国内关于基于bim的数字孪生生产线管理与控制系统还在理论阶段且技术研究也处于起步的阶段，但近几年来工业大数据和人工智能的兴起，也为数字孪生系统的实施提供了可借鉴的经验。
3.当前国内数字孪生技术存在以下问题：
4.(1)企业工厂的尤其是大型企业的流水线的内部构造都是保密的，很难获取到内部精密结构。
5.(2)工业生产线信息模型中包含的几何模型繁多，在模型内部构造进行精处理时存在难度。
6.(3)工业信息模型工程量大，在后续使用时电脑负荷太大，影响用户使用。
7.本方法正式为了弥补当前数字孪生缺陷，解决数字孪生轻量化的问题。


技术实现要素：

8.本发明为了克服上述内容的短板，提供了一种基于bim的工业数字孪生建模方法，满足轻量化工业数字孪生的需求。
9.本发明的基于bim的工业数字孪生建模方法其特别之处在于，本方法包括了以下几个步骤：(1)收集与洗衣机生产线相关的数字信息，建立数字孪生关系；(2)洗衣机工业生产流水线数字化设计；(3)基于bim的洗衣机工业生产流水线几何模型轻量化；(4)基于轻量化数字孪生的洗衣机工业生产流水线控制系统设计；
10.在步骤(1)中，通过分析海尔公司提供的工业生产流水线数据，获得了高精度的机器部件物理空间映射，并通过物理空间映射获得数字化的模型尺寸、精度以及位置等关键信息，以此建立洗衣机工业生产流水线数字孪生关系。
11.在步骤(2)中，将获得的数字化数据进行数字化虚拟模型设计，其模型主要包括：a.数字化操作臂设计；b.数字化主框架设计；c.数字化流水线设计；d.数字化操作仓设计。进一步地，模型a的数字化机械臂是一种采用电磁撞针提供动力的夹取式机械臂；模型b的主框架主要功能为固定机械臂，并满足生产流水线的搭建；模型c的流水线分为洗衣机组件拼装流水线和洗衣机底座拼装流水线；模型d的操作仓主要控制上方机械臂做上下移动。
12.在步骤(3)中，针对bim的洗衣机工业生产流水线物理信息模型轻量化处理，采用3dsmax进行建模，并在在建模过程中，删除冗余点线，降低不可视部分的模型复杂度，通过减少物理模型的大小从而减少在计算机上的处理时间，因此既可以提高速度，也可以提高系统的显示效果。
13.在步骤(4)中，采用unity3d进行数字孪生的洗衣机工业生产流水线控制系统渲染，将轻量模型与传统工业模型的多个指标进行了比较。实验数据表明，建立的控制系统实现了保证轻量化后的数字孪生模型的正常运行，同时实现了对进行量化分析来解决控制系统设计复杂和冗余问题。
14.本发明的基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法，所述步骤(1)中采用的海尔公司流水线数据具体为海尔公司的洗衣机工业生产流水线数据，物理空间映射获得数字化的模型尺寸、精度以及位置等关键信息，以此建立洗衣机工业生产流水线数字孪生关系。
15.本发明的基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法，所述步骤(2)中的操作臂设计、主框架设计、化流水线设计以及操作仓设计，分别具有采用电磁撞针提供动力、固定机械臂、双流水以及控制机械臂等作用
16.本发明的基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法，所述步骤(3)采用的建模方式为使用3dsmax进行建模，并通过删除冗余点线，达到减少物理模型的大小从而减少在计算机上的处理时间的目的。
17.本发明的基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法，所述步骤(4)采用unity3d进行数字孪生的洗衣机工业生产流水线控制系统渲染，并与传统模型进行比较，实现了保证轻量化后的数字孪生模型的正常运行，同时实现了对进行量化分析来解决控制系统设计复杂和冗余问题。
附图说明：
18.图1虚拟制造生产活动图
19.图2标识指令识别
20.图3机械臂设计图
21.图4主框架设计图
22.图5洗衣机组件拼装流水线设计图
23.图6洗衣机组件拼装流水线设计图
24.图7操作仓设计图
25.图8转动轴设计图
26.图9几何模型轻量化流程图
27.图10洗衣机工业生产流水线控制系统流程图
28.具体实施方法
29.下面结合附图与实例对本发明进一步说明。
30.本发明提供了基于bim的洗衣机生产线数字孪生建模方法，以海尔公司工厂以海尔洗衣机组装模块流水线为例进行数字孪生建模，模型由框架、机械臂、传送轴以及组装仓等四大模块组成。
31.如图1所示，流水线模型根据海尔公司洗衣机生产线的设备生产活动数据分析，获
取模型各部件的精准数据，并使用3dsmax2014进行模型建立。
32.模型建立步骤主要包括：流水线模型由主要由机械臂(如图3)，流水线框架(如图4)，洗衣机组件拼装流水流水线(如图5)、洗衣机组件拼装流水线(如图6)和操作仓(如图7)构成。流水线机械臂分为两部分下端还有上端，下端做夹取运动，上方配有吸盘负责洗衣机的安装及夹取。上端操机械边缘配有发动机，齿轮还有齿轮条状纹路控制操作臂上下运动，主要负责整个机械臂的上升运动。齿轮做自转运动，控制机械臂的上下运动。最后矩形固定架，机械固定到顶端横梁，底部固定到地面，就此机械臂固定架完成。
33.如图8所示，流水线框架组成有框架中的转动轴，以及基础框架和底座，针对转动轴使用描绘样条线，平滑点，最后进行车削制作的框架是立方体搭建轮廓，然后进行点面拉伸以及，点平移制作纹理以及处理细节，底座则由绘制样条，车削然后进行细节处理。
34.如图9所示，对于物理信息模型处理针对集合模型量过大的问题，在建模中已经有所体现，建模后期随着模型量增大，电脑开启软件运行的时间也随之增加，加载时间过长反应速度过慢影响了实际使用。本方法在建模过程中，采用了判断冗余点线精简面片的方法，降低不可视部分的模型复杂度，通过减少物理模型的大小从而减少在计算机上的处理时间，因此既可以提高速度，也可以提高系统的显示效果。
35.结合图2和图10，数字孪生的洗衣机工业生产流水线控制系统设计采用unity3d作为渲染引擎，在对比工业化模型标准后，将轻量模型与传统模型的verts、tris、batches指标进行了比较，其中，verts内渲染的定点数由33.3m降为23m；tris内渲染的三角面总数量由42.5m降为29.4m；batches数量由4139降为2932。