一种3D数字孪生建模方法与流程

一种3d数字孪生建模方法
技术领域
1.本发明涉及数字孪生领域，具体为一种3d数字孪生建模方法。


背景技术：

2.数字孪生技术是工业4.0发展最快的方向之一。基本上，数字孪生是在模拟环境中运行以测量其功能和效率的真实对象的模拟副本。通过使用大数据、物联网和人工智能框架，数字孪生可以进行深入研究。这对于发现主要障碍，最大程度地减少干扰和评估市场机会，模拟潜在结果以及根据客户需求定制开发非常有帮助。在生产制造领域，通过数字孪生，在建设实体工厂的同时在电脑上构建一个虚拟工厂，把实体工厂的每个车间、每条流水线、每台设备、每个生产动作都映射在虚拟工厂上。在生产过程中，通过数字孪生实时监控实体工厂的生产状态，及时发现生产瓶颈，优化车间生产调度，从而提高工厂的生产效率和管控水平。基于数字孪生的智能工厂，将成为未来工厂的重要发展趋势。
3.现有技术存在较多缺陷和不足，其中虚拟场景还原性较低，数据显示单调、缺乏交互动画严重影响使用的体验。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种3d数字孪生建模方法，提高虚拟场景还原性、优化数据显示单调并增加增加交互动画。
5.为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种3d数字孪生建模方法，包括以下过程：
6.获取厂区布局图，将厂区布局图分割成若干区域，分割的原则为根据厂区布局图内的功能，将厂区布局图分割成若原料供应区域、产品加工区域、库存销售区域和行政区域，并在区域内建立若干模块，每个模块对应相应的设备，通过现场获取设备真实参数，参数包括设备的外观、动作、比例、生产数据，为后期数字孪生平台建模提供真实的参考数据，确定设备型号以及对应上的数据传输格式，获取与设备的实时交互方式，并进行测试验证交互可行性，为后续同步做准备架设mcs系统作为中间服务器，统一发送信号，调度设备运行；
7.通过socket交互实时信息来提现设备的不同状态，设备处于不同状态时，会通过plc或者secs上传信号给mcs，mcs对信号进行转换并存储到数据库中，然后mcs将转换后的状态同步输出给数字孪生平台，数字孪生平台包括3d看板系统，能够在数字孪生平台上实时的看到设备实际的状态，同样的设备加工数据也可以同步上来，能够看到当前设备加工的产品信息以及对应的加工时长信息，通过echars组件绘制相应的图表，图表包括wip图表、产能图表、良率图表和设备状态图表；
8.通过动画技术和socket交互，展示工厂内agv、ohtc的实时动态，以直接性监控实体工厂的生产状态，展示车间的生产调度情况，包含以下场景：工单下线，mcs根据工单生成多个任务，每个任务再生成多个指令，mcs根据指令顺序进行指令下达，同时下达给设备和
数字孪生，此时设备和数字孪生将会同步运作，设备收到指令后，会执行指令，执行过程中会出现一些不可控因素，导致停止，此时设备会上报状态命令给mcs，mcs再同步给数字孪生，数字孪生会及时停止当前指令，并等待指令恢复，当设备加工完成后，设备会给mcs发送一个指令完成信号，mcs收到信号后，经过业务逻辑处理产生新的任务和指令，继续下发指令给设备和数字孪生。
9.进一步的，在本发明中，所述数字孪生平台获取eap设备自动化系统数据并进行数据显示，eap设备自动化系统支持secs/gem、hsms、opcua和modbus主流通讯协议，支持wip过账管理、全流程物料追、数据绑定和设备控制功能，支持run to run、eq to eq、strip mapping和wafer mapping功能。
10.进一步的，在本发明中，所述数字孪生平台获取rtd实时派工控制系统数据并进行数据显示，rtd能够实时的、高性能的进行调度，通过“what's next”,“where next”的规则来分配wip，实现设备的负载平衡，数据包括派工流程数据、传送信息设定数据、规则设定数据和指令监控数据。
11.进一步的，在本发明中，所述数字孪生平台获取yms良率管理分析系统数据并进行数据显示，yms良率管理分析系统通过可视化拖拽方式建立分析流程和模型，内置多个开箱即用的检验、分析、回归的统计分析模型，统计分析模型基于r语言，内置cp/ft制程数据分析模型，供histogram/trend/perato/plot多维度分析图表，提供cp map图和叠图分析，采用mpp分布式大数据架构和spark集群，支持pb级数据存储，支持数据库和文件多个数据源，支持半导体标准stdf文件。
12.进一步的，在本发明中，所述数字孪生平台获取spc统计过程控制系统数据并进行数据显示，spc统计过程控制系统为基于bs架构的统计过程控制系统，借助数理统计方法进行过程控制的工具，通过分析过程数据发现异常征兆并通过措施消除影响，达到优化制程、管控质量目的，支持计数类型和计量类型spc管制图，能够对异常采取措施如发送报警邮件、hold lot、hold设备。
13.进一步的，在本发明中，所述所述数字孪生平台获取wms仓储管理系统数据并进行数据显示，wms仓储管理系统通过物理空间、库间、区域、储位、货架多维度以及角度来确认实物具体所在位置，通过料号、批次、箱号多层次物料管控，来实现物料分层和种类划分，能够与erp、mes、oa、epm、wcs多种系统对接。
14.有益效果，本技术的技术方案具备如下技术效果：本发明能够提高数字孪生过程中虚拟场景还原性，整体仿真直观工厂情况，优化数据显示单调，结合图表数据多样化数据展示，并增加增加交互动画，可以实时交互动画模拟agv和ohtc，并且能获取eap设备自动化系统、rtd实时派工控制系统、yms良率管理分析系统、spc统计过程控制系统和wms仓储管理系统的数据并进行显示调用，进而能够进行多场景应用领域。
15.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
16.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
17.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
18.图1为本发明发明示意图。
19.图2为本发明系统模块示意图。
20.图3为本发明数字孪生平台示意图。
21.图4为本发明智能工厂示意图。
具体实施方式
22.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
23.实施例1
24.如图3，以一个工厂沙盘为例，本实施例主要演示了从工单开立、原料入库、原来出料、原料搬运、原料加工、成品检测、成品入库的一整个流程。
25.整个系统包含了mes，mcs，3d看板三个软件系统以及一套沙盘硬件装备，通过数字孪生平台对工厂环境及设备建模，观察工厂，记录设备外观，动作，比例，运行轨迹参数等数据。数据来源是根据设备的产品证书，厂区内实际测量，跟踪观察设备开关门，旋转，移动轨迹，记录生成表格文档，详细记录每一个设备的参数，通过现场获取设备真实参数，参数包括设备的外观、动作、比例、生产数据，为后期数字孪生平台建模提供真实的参考数据，确定设备型号以及对应上的数据传输格式，获取与设备的实时交互方式，并进行测试验证交互可行性，为后续同步做准备架设mcs系统作为中间服务器，统一发送信号，调度设备运行。
26.在mes系统上下工单，下发给mcs系统。mcs系统生成任务，然后mcs系统根据任务生成相关指令，再根据指令顺序分别下发给硬件设备以及3d看板系统。硬件设备和3d看板系统会根据指令执行对应的操作，达到同步呈现的效果，硬件设备执行完指令，会给mcs系统反馈状态，mcs根据设备反馈信息生成下一个指令，再次发送给硬件设备和3d看板系统。运行中，出现异常情况，硬件设备会发送异常信息给mcs，mcs收到反馈后，会下发暂停指令给3d看板系统，3d看板系统会停止当前指令，并等待指令恢复。
27.同时在系统运行过程中会报上运行数据，加工数据以及检测数据并记录在数据库中。mes系统会把数据集中整合起来，生成报表数据，包括wip报表，产能报表，设备状态报表等等，这些报表数据通过接口发送给3d看板系统，通过echarts组件实时呈现在界面上。
28.通过动画技术和socket交互，展示工厂内agv、ohtc的实时动态，以直接性监控实体工厂的生产状态，展示车间的生产调度情况。
29.实施例2
30.如图4，以半导体工厂看板为例，主要监控半导体制造工艺流程，以及呈现实时生
产中的一些汇总数据，以便及时发现问题、修正问题。
31.通过数字孪生平台对工厂环境及设备建模，观察工厂，记录设备外观，动作，比例，运行轨迹参数等数据。数据来源是根据设备的产品证书，厂区内实际测量，跟踪观察设备开关门，旋转，移动轨迹，记录生成表格文档，详细记录每一个设备的参数。半导体工厂数量比较大，模型需要做一些优化处理，减小面，纹理等等操作。
32.在mes系统上下工单，mes生成任务，下发给mcs系统。然后mcs系统根据任务生成相关指令，再根据指令顺序分别下发给硬件设备以及3d看板系统。
33.看板系统与mes系统，plc硬件设备互通。当出现问题时，看板系统上的对应设备会出现红色报警信息，点击后会出现实际问题，控制中心的人员可以及时掌控全局，判断问题是否紧急或者是否需要立即处理，以便通知到对应的实际人员。
34.同时在系统运行过程中会报上运行数据，加工数据，报错数据以及检测数据并记录在数据库中。mes系统会把数据集中整合起来，生成报表数据，包括wip报表，产能报表，设备状态报表等等，这些报表数据通过接口发送给3d看板系统，通过echarts组件实时呈现在界面上。
35.所述数字孪生平台获取eap设备自动化系统数据并进行数据显示，eap设备自动化系统支持secs/gem、hsms、opcua和modbus主流通讯协议，支持wip过账管理、全流程物料追、数据绑定和设备控制功能，支持run to run、eq to eq、strip mapping和wafer mapping功能。
36.所述数字孪生平台获取rtd实时派工控制系统数据并进行数据显示，rtd能够实时的、高性能的进行调度，通过“what's next”,“where next”的规则来分配wip，实现设备的负载平衡，数据包括派工流程数据、传送信息设定数据、规则设定数据和指令监控数据。
37.所述数字孪生平台获取yms良率管理分析系统数据并进行数据显示，yms良率管理分析系统通过可视化拖拽方式建立分析流程和模型，内置多个开箱即用的检验、分析、回归的统计分析模型，统计分析模型基于r语言，内置cp/ft制程数据分析模型，供histogram/trend/perato/plot多维度分析图表，提供cp map图和叠图分析，采用mpp分布式大数据架构和spark集群，支持pb级数据存储，支持数据库和文件多个数据源，支持半导体标准stdf文件。
38.所述数字孪生平台获取spc统计过程控制系统数据并进行数据显示，spc统计过程控制系统为基于bs架构的统计过程控制系统，借助数理统计方法进行过程控制的工具，通过分析过程数据发现异常征兆并通过措施消除影响，达到优化制程、管控质量目的，支持计数类型和计量类型spc管制图，能够对异常采取措施如发送报警邮件、hold lot、hold设备。
39.所述所述数字孪生平台获取wms仓储管理系统数据并进行数据显示，wms仓储管理系统通过物理空间、库间、区域、储位、货架多维度以及角度来确认实物具体所在位置，通过料号、批次、箱号多层次物料管控，来实现物料分层和种类划分，能够与erp、mes、oa、epm、wcs多种系统对接。
40.本发明能够提高数字孪生过程中虚拟场景还原性，整体仿真直观工厂情况，优化数据显示单调，结合图表数据多样化数据展示，并增加增加交互动画，可以实时交互动画模拟agv和ohtc，并且能获取eap设备自动化系统、rtd实时派工控制系统、yms良率管理分析系统、spc统计过程控制系统和wms仓储管理系统的数据并进行显示调用，进而能够进行多场
景应用领域。
41.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。