基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统与流程

1.本发明涉及数字化生产制造技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统。


背景技术：

2.数字孪生技术充分运用数字技术和三维建模实现对现实世界的虚拟映射，首先通过三维建模形式搭建数字孪生体，通过数据融合驱动模型运动，实时呈现物体的生产状态；同时也可以通过模型运动状态和数据分析，对传送控制系统下达指令，调整传送带运转速度，使虚拟与现实相结合，能够及时地掌握实物的运动轨迹并实根据实际情况做出调整。
3.目前，生产制造行业中由于传送带规划线路长、单一传送带只运输一种产品的现状，导致高成本同时严重浪费运输设备、能源资源，生产运输效率低下。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统，在保证产品安全运输前提下提高产品运输效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法，包括：构建生产现场产品传送系统的数字孪生体；所述生产现场产品传送系统包括生产现场的生产设备和各节传送带；所述生产现场产品传送系统的数字孪生体包括生产设备数字孪生体和传送带数字孪生体；通过生产现场各产线安装的产品监测平台采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据；所述产品的产品参数包括所述产品的体积和质量；所述各节传送带的实际运转数据包括每节传送带的长度、初速度、当前速度以及所述传送带的拐弯处位置；根据所述产品的产品参数建立产品孪生模型；根据所述传送带数字孪生体、所述生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景；根据所述各节传送带的实际运转数据在所述虚拟传送场景中模拟生产现场的实际生产情况；根据所述各节传送带的实际运转数据，通过边缘计算方法实时计算各节传送带的最优运转速度；将所述各节传送带的最优运转速度在所述虚拟传送场景中进行验证，验证无误后根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度。
6.可选地，所述通过生产现场各产线安装的产品监测平台采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据，具体包括：通过生产现场各产线安装的图像尺寸测量仪和自动测重设备测量仪采集所述产品的体积和质量；
通过生产现场各产线安装的传感器采集各节传送带的实际运转数据。
7.可选地，所述根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度，具体包括：将所述各节传送带的最优运转速度通过以太网modubs传输方式传输到生产现场的传送控制系统；所述传送控制系统将生产现场各节传送带的实际运转速度控制在所述最优运转速度。
8.可选地，所述方法还包括：根据所述各节传送带的实际运转数据生成产品速度监测图；根据所述产品速度监测图确定速度极差超过理论阈值的时段；对所述时段内各节传送带的传送速度进行优化。
9.可选地，所述方法还包括：将所述各节传送带的实际运转数据进行实时存储。
10.一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化系统，包括：互相之间实时通信的生产孪生平台、传送控制系统和产品监测平台；基于所述生产孪生平台构建生产现场产品传送系统的数字孪生体；所述生产现场产品传送系统包括生产现场的生产设备和各节传送带；所述生产现场产品传送系统的数字孪生体包括生产设备数字孪生体和传送带数字孪生体；所述产品监测平台安装在生产现场各产线上，用于采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据并发送至所述生产孪生平台；所述产品的产品参数包括所述产品的体积和质量；所述各节传送带的实际运转数据包括每节传送带的长度、初速度、当前速度以及所述传送带的拐弯处位置；所述生产孪生平台根据所述产品的产品参数建立产品孪生模型；所述生产孪生平台根据所述传送带数字孪生体、所述生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景；所述生产孪生平台根据所述各节传送带的实际运转数据在所述虚拟传送场景中模拟生产现场的实际生产情况；所述生产孪生平台根据所述各节传送带的实际运转数据，通过边缘计算方法实时计算各节传送带的最优运转速度；所述生产孪生平台将所述各节传送带的最优运转速度在所述虚拟传送场景中进行验证，验证无误后将所述各节传送带的最优运转速度传输至所述传送控制系统；所述传送控制系统根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度。
11.可选地，所述产品监测平台包括：安装在生产现场各产线的图像尺寸测量仪、自动测重设备测量仪和传感器；通过所述图像尺寸测量仪和自动测重设备测量仪采集所述产品的体积和质量；通过所述传感器采集各节传送带的实际运转数据。
12.可选地，所述生产孪生平台将所述各节传送带的最优运转速度通过以太网modubs传输方式传输到生产现场的所述传送控制系统；所述传送控制系统将生产现场各节传送带
的实际运转速度控制在所述最优运转速度。
13.可选地，所述生产孪生平台还用于根据所述各节传送带的实际运转数据生成产品速度监测图；根据所述产品速度监测图确定速度极差超过理论阈值的时段；以及对所述时段内各节传送带的传送速度进行优化。
14.可选地，所述生产孪生平台还用于将所述各节传送带的实际运转数据进行实时存储。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统，所述方法包括：构建生产现场产品传送系统的数字孪生体；通过生产现场各产线安装的产品监测平台采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据；根据所述产品的产品参数建立产品孪生模型；根据传送带数字孪生体、生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景；根据所述各节传送带的实际运转数据在所述虚拟传送场景中模拟生产现场的实际生产情况；根据所述各节传送带的实际运转数据，通过边缘计算方法实时计算各节传送带的最优运转速度；将所述各节传送带的最优运转速度在所述虚拟传送场景中进行验证，验证无误后根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度。采用本发明方法及系统能够在保证产品安全运输前提下提高产品运输效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法的流程图；图2为本发明一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法的原理示意图；图3为本发明实施例提供的基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化过程示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明的目的是提供一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统，在保证产品安全运输前提下提高产品运输效率。
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.图1为本发明一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法的流程图，图2为本发明一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法的原理示意图。参见图1，本
发明一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法包括：步骤101：构建生产现场产品传送系统的数字孪生体。
22.利用传送带自适应速度优化系统中的生产孪生平台构建生产现场产品传送系统的数字孪生体。所述生产现场产品传送系统包括生产现场的生产设备和各节传送带，因此构建的所述生产现场产品传送系统的数字孪生体包括生产设备数字孪生体和传送带数字孪生体。
23.步骤102：通过生产现场各产线安装的产品监测平台采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据。
24.所述产品监测平台包括安装在生产现场各产线的图像尺寸测量仪、自动测重设备测量仪和传感器。通过生产现场各产线安装的图像尺寸测量仪和自动测重设备测量仪采集所述产品的产品参数；所述产品的产品参数包括所述产品的体积和质量。通过生产现场各产线安装的传感器采集各节传送带的实际运转数据；所述各节传送带的实际运转数据包括每节传送带的长度、初速度、当前速度以及所述传送带的拐弯处位置。在实际应用中，所述传感器可以包括图像传感器、摄像头、速度传感器、位置传感器等。
25.所述产品监测平台将采集的产品参数和各节传送带的实际运转数据发送至所述生产孪生平台，所述生产孪生平台将所述产品参数和各节传送带的实际运转数据进行实时存储。
26.步骤103：根据所述产品的产品参数建立产品孪生模型。
27.通过各产线安装的图像尺寸测量仪和自动侧重设备测量仪，将产品的体积、质量数据实时传输至数字孪生平台中，生产孪生平台根据反馈的产品参数数据建立产品孪生模型，结合传送带、生产设备数字孪生体，构建虚拟传送场景。
28.步骤104：根据所述传送带数字孪生体、所述生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景。
29.生产孪生平台根据所述传送带数字孪生体、所述生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景作为实际生产现场的孪生场景。
30.步骤105：根据所述各节传送带的实际运转数据在所述虚拟传送场景中模拟生产现场的实际生产情况。
31.将传送控制系统各节传送带的实际运转数据通过mqtt物联网协议传送至生产孪生平台。生产孪生平台接收产品开始传送信号后，虚拟传送场景开始模拟实际生产情况。
32.步骤106：根据所述各节传送带的实际运转数据，通过边缘计算方法实时计算各节传送带的最优运转速度。
33.随着生产现场产品的运输，传送控制系统将实际运转数据传输至数字孪生平台，生产孪生平台通过边缘计算，实时计算各节传送带的最优运转速度，并在孪生场景中进行验证。
34.图3示出了传送带自适应速度优化过程的一个具体实施例，图3中o表示传送带拐弯处内圆弧的圆心，r为拐弯处内圆弧与圆心o之间的距离。参见图3，在该实施例中，每节传送带长度为l，产品a0以初速度v0进行传输，在a0前面分别运行产品a1、a2、a3（a1、a2、a3体积各不相同），产品a1、a2、a3所在传送带的运行速度分别为v1、v2、v3。如图3所示，为保障产品安全运行，每节传送带仅允许单个产品运行。
35.在产品a0、a1、a2、a3之间无空隙的情况下，以产品a3为例，假设其初速度为v3，因为前面无产品传送，则a3所在传送带直接以最大速度v
3max
运转。需要注意的是，传送带最大速度不能超过临界速度，以防止产品脱离轨道。此时产品a3在该节传送带上的传送时间为t3=l/（v
3max-v
3）
/2。此时，通过边缘计算方法实时计算的产品a2的最优运转速度v2=v
2max-l/(l/(v
3max-v3)/2)*2，其中v
2max
为产品a2的最大运转速度。通过边缘计算方法实时计算的产品a1的最优运转速度v1=v
1max-l/(l/(v
3max-v3)/2)*2，其中v
1max
为产品a1的最大运转速度。最终产品a0的最优运转速度v
0=v0max-l/(l/(v
3max-v3)/2)*2，其中v
0max
为产品a0的最大运转速度。
36.在产品a0、a1、a2、a3之间存在空隙的情况下，可直接将空隙处的传送带当前速度设置为即将运输产品的最大速度，即当前的最优运转速度。
37.在传送带自适应速度优化过程的另一个具体实施例中，生产孪生平台将传送带实际运转速度实时存储，并根据所述产品孪生模型和所在传送带的实时速度，动态生成产品速度监测图，重点跟踪速度极差超过理论阈值的时段，不断优化传送速度，以确定各节传送带的最优运转速度。
38.因此，所述方法还包括：根据所述各节传送带的实际运转数据生成产品速度监测图；根据所述产品速度监测图确定速度极差超过理论阈值的时段；对所述时段内各节传送带的传送速度进行优化。
39.步骤107：将所述各节传送带的最优运转速度在所述虚拟传送场景中进行验证，验证无误后根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度。
40.生产孪生平台通过边缘计算，实时计算各节传送带的最优运转速度，并在孪生场景中进行验证，验证无误后通过以太网/modubs形式传输到传送控制系统后更改对应传送带的实际运转速度，保证产品高效安全运输。
41.因此，所述步骤107根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度，具体包括：将所述各节传送带的最优运转速度通过以太网modubs传输方式传输到生产现场的传送控制系统；所述传送控制系统将生产现场各节传送带的实际运转速度控制在所述最优运转速度。
42.在当前的生产制造行业中，对于同一产品不同型号（尤其是体积、质量不相同）的产品，企业会搭建各型号的产品运输路线（传送带），导致高成本同时严重浪费运输设备、能源资源。通过采用本发明提供的方法，多型号产品可以使用同一条运输线路，从而能够降低企业生产成本。另外，本发明提供的方法结合数字孪生技术和边缘计算，在数字孪生平台中根据各产品参数实时计算每节传送带最佳运行速度（即最优运转速度），通过以太网/modubs协议将最优运转速度传送至传送控制系统来调整传送带的实际运行速度，在保证安全运输的前提下，提升了产品运输效率，进而提升了整个生产过程的效率。
43.基于本发明提供的上述方法，本发明还提供了一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化系统，所述系统包括：互相之间实时通信的生产孪生平台、传送控制系统和产品监测平台。
44.基于所述生产孪生平台构建生产现场产品传送系统的数字孪生体；所述生产现场
产品传送系统包括生产现场的生产设备和各节传送带；所述生产现场产品传送系统的数字孪生体包括生产设备数字孪生体和传送带数字孪生体；所述产品监测平台安装在生产现场各产线上，用于采集产品的产品参数和各节传送带的实际运转数据并发送至所述生产孪生平台；所述产品的产品参数包括所述产品的体积和质量；所述各节传送带的实际运转数据包括每节传送带的长度、初速度、当前速度以及所述传送带的拐弯处位置；所述生产孪生平台根据所述产品的产品参数建立产品孪生模型；所述生产孪生平台根据所述传送带数字孪生体、所述生产设备数字孪生体以及所述产品孪生模型构建虚拟传送场景；所述生产孪生平台根据所述各节传送带的实际运转数据在所述虚拟传送场景中模拟生产现场的实际生产情况；所述生产孪生平台根据所述各节传送带的实际运转数据，通过边缘计算方法实时计算各节传送带的最优运转速度；所述生产孪生平台将所述各节传送带的最优运转速度在所述虚拟传送场景中进行验证，验证无误后将所述各节传送带的最优运转速度传输至所述传送控制系统；所述传送控制系统根据所述各节传送带的最优运转速度控制生产现场各节传送带的实际运转速度。
45.具体地，所述产品监测平台包括：安装在生产现场各产线的图像尺寸测量仪、自动测重设备测量仪和传感器；通过所述图像尺寸测量仪和自动测重设备测量仪采集所述产品的体积和质量；通过所述传感器采集各节传送带的实际运转数据。
46.所述生产孪生平台将所述各节传送带的最优运转速度通过以太网modubs传输方式传输到生产现场的所述传送控制系统；所述传送控制系统将生产现场各节传送带的实际运转速度控制在所述最优运转速度。
47.所述生产孪生平台还用于根据所述各节传送带的实际运转数据生成产品速度监测图；根据所述产品速度监测图确定速度极差超过理论阈值的时段；以及对所述时段内各节传送带的传送速度进行优化。
48.所述生产孪生平台还用于将所述各节传送带的实际运转数据进行实时存储。
49.本发明提供的一种基于数字孪生技术的传送带自适应速度优化方法及系统，通过构建生产孪生平台、传送控制系统、产品监测平台以及传送带和产品的数字孪生体，通过图像尺寸测量仪和自动侧重设备记录产品参数，同时将产品参数和速度传送到数字孪生体中，根据转弯角度调节传送带运行速度，在保证产品安全运输前提下提高了产品运输效率。
50.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
51.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。