本发明属于数字化智能制造，具体涉及一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统。
背景技术：
1、随着数字化信息发展越来越快，信息化与工业化融合不断加深，智能制造逐渐成为制造改革的潮流。智能制造面向产品全生命周期，是信息技术、智能技术和装备制造过程技术的深度融合。其核心是为产品、工艺、设备、生产线、车间建立能够映射其几何状态、性能特征、行为模式的智能模型，对现场生产仿真分析，完成预测与调控。数字孪生技术的出现为车间生产制造的智能化提供了新思路，实现制造数据在物理空间和信息空间的互联互通。
2、传统离散制造车间往往是由不同零部件加工/装配子过程或并联或串联组成的生产活动，其零部件众多、产品结构复杂、设备使用及加工工艺灵活。缺乏有效的车间监控往往导致在制品管理不透明、管理层与执行层出现信息断层、实时调控能力差，成为制约生产加工效率的一大瓶颈。
3、传统的离散制造生产监控模式主要以软件二维图表为主，信息反应滞后，监控界面人机交互和可视化程度差，管理员难以及时掌握车间的实时生产情况。
技术实现思路
1、为了克服以上现有技术存在问题，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，以解决实时监测难、故障预警不及时，以及实现工艺规划和车间调度等一系列实际问题，具有多视角、及时切换功能的实时转化监测的特点，能够实现全方位的车间生产状态数字孪生模型构建及检测。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，包括理信息模块、虚拟信息模块、多源异构数据整合模块、数字孪生工艺仿真模块、数据连接通讯模块和多视角监测模块；
4、其中数据连接通讯模块连接物理信息模块与虚拟信息模块，通过多源异构数据整合模块将通过对物理信息模块实时采集的生产过程数据进行清洗和增值处理，得到更符合车间需求的有效数据，将处理过的数据提交到多视角监测模块中实现映射与交互，所述数字孪生工艺仿真模块用于对虚拟信息的包装和体现，将车间环境、产线、工艺进行离线虚拟仿真，通过物料、生产系统、制造工艺三大类要素的表达、建模、仿真、分析与真实生产系统结合实现生产过程同步监控，进而建立六大模块实现智能生产系统实时监测。
5、通过物理车间、虚拟车间、孪生数据的连接与集成，实现虚实双向映射与交互，以及车间全要素、全业务、全流程数据的集成融合，在满足特定约束和目标下，通过虚实迭代优化，达到车间生产和管控最优。
6、所述物理信息模块对生产车间中厂房、车间及设备的标测，对厂区、车间以及设备的相对位置信息、尺寸方位信息进行标的、测量。包括厂房尺寸、车间尺寸、设备空间尺寸、各设备、物料区、工件区、机器人等的相对位置信息。
7、所述虚拟信息模块基于对物理信息模块标测厂房、车间、设备信息，构建生产环境(厂房、车间、物料区、工件区、防护等)以及关键设备(加工中心、机器人、物料小车等)的三维模型，对厂区、车间以及设备的相对位置信息、尺寸方位信息进行标的、测量，构建与物理系统一致的虚拟生产车间。
8、所述多源异构数据整合模块用于对车间环境中不同种类的设备输出不同的状态信息、信息数据来源于不同设备且数据形式、规则、采样频率的各项数据信息进行一致化整合。
9、所述多源异构数据模块对各项数据信息进行一致化整合，各项数据信息为：车间环境包括tema加工中心、装载站、机器人及轨道、立体托盘库、加工托盘等不同种类的专有设备，各设备又同时输出不同的状态信息，如加工状态信息、刀具走刀轨迹信息、机床运转状态信息、机器人操作状态信息、运载小车位置信息、托盘库状态信息等等，以上信息数据来源于不同设备且数据形式、规则、采样频率各不相同，呈现典型的数据异构特性。因此，需要对各项数据信息进行一致化整合，利用虚拟仿真驱动的采样信息转码技术，将各类型数据转码为设备零件、车间单元的动态运动工艺，进而驱动各个单元进行相应的虚拟运动。
10、所述数字孪生工艺仿真模块基于3d数字化工艺模型进行工艺过程的动态仿真；所述数字孪生工艺仿真模块通过数字化的手段将物理设备的各类属性映射到虚拟空间中，创建出可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字化镜像。极大地加快操作人员对物理实体的了解，提升工作效率。
11、所述数据连接通讯模块基于多源异构数据整合模块对数据的整合，将物理信息模块中物理车间与虚拟信息模块中虚拟车间连接，采集数据与数字孪生仿真模块交互。
12、所述数据连接通讯模块作为车间现场数据与系统管理的桥梁包含接口服务与协议服务；
13、所述接口服务是物理车间与虚拟车间的连接、物理车间与孪生数据的连接，孪生数据与虚拟车间的连接、虚拟车间与数字孪生工艺仿真的连接。
14、所述协议服务是利用车间现场plc作为mes系统的数据收集器，通过数控系统plc收集测量装置与传感器获取的信号、数控系统操作面板信号、数控信号、数控系统人机交互界面信号以及plc参数，通过传送装置的plc获取传送装置上的倍率开关、按钮、传感器等数字信号与模拟量信号；mes系统与pc机通过opc协议与接口服务，实现工控网与现场的数控系统及传送装置中的plc进行数据交换，实现对物理车间的工艺生产数据、设备状态、产品质量数据、报警信息等关键信息的采集及监控。
15、所述多视角监测模块，用于向用户展示监测内容，并具有多视角、及时切换的监测界面。
16、所述多视角监测模块是以三维虚拟场景作为监控方式，从多视角、可巡游功能的虚拟环境动态监测技术，同时具备全局显示、规定路线巡游监测、设备状态及工艺指向性检测以及自主调节缩放检测功能的虚拟仿真环境显示模块，实现全方位的车间生产状态数字孪生模型构建及检测。
17、所述物理信息模块按照系统建模及功能组成分为三个内容，分别为物料系统建模、工艺系统建模、生产系统建模；
18、所述物料系统建模是对产品、部件、组件、零件、毛坯、中间件、结构特征进行设定建模；
19、所述工艺系统建模是对工艺流程、工序组成、物料、输出、设备、工位、执行条件进行考量；
20、所述生产系统建模是对设备、工位、产线、车间、厂房、仓储的各类环境资源及生产资源进行搭建。
21、所述虚拟信息模块基于物理信息模块中标测厂房、车间、设备的信息，构建生产环境以及关键设备的三维模型，对模型各个零部件均设定为装配体形式，使零件可拆分，生产环境可解耦；对模型进行颜色渲染，并添加材质和特效使虚拟模型的质感以及色彩都与物理信息模块中的模型更接近。
22、本发明的有益效果：
23、(1)本发明的系统操作界面简单，便于进行交互。
24、(2)由于车间生产过程中的静态数据及动态生产数据对数字孪生模型的构建、设备使用、状态监控、故障分析等至关重要，因此该系统需要具备高效率、高准确率的数据采集与传输的功能。
25、(3)生产车间在数据采集与传输的过程中会由于网络不稳定等原因，导致采集的数据存在缺失或异常等问题，因此该系统应该具备数据预处理的功能，为数字孪生模型的构建与驱动提供可靠的数据支持。
26、(4)实现产线数字孪生模型构建，需要对生产线的工艺流程、装配过程进行分析，因此该系统应该支持流程建模、流程分析的功能。
27、(5)实现产线数字孪生模型，需要对物理实体进行三维模型构建，因此该系统应该具备三维模型可视化及三维模型构建功能。
28、(6)实现基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统的最终目的是为了通过虚实映射和对数字孪生体的分析反馈和优化实际生产线，因此该系统需要支持对数据的可视化功能，用来分析并反馈优化生产线。
29、(7)在数据存储与模型管理方面，该系统应该具有可分类、可编辑、可标签化等特点的存储与管理功能。因此，基于数字孪生的产线状态虚实映射监测系统应该具有数据采集、数据传输、数据预处理、数据存储、数据可视化、模型构建及管理等功能。
1.一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，包括理信息模块、虚拟信息模块、多源异构数据整合模块、数字孪生工艺仿真模块、数据连接通讯模块和多视角监测模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述物理信息模块对生产车间中厂房、车间及设备的标测，对厂区、车间以及设备的相对位置信息、尺寸方位信息进行标的、测量。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述虚拟信息模块基于对物理信息模块标测厂房、车间、设备信息，构建生产环境以及关键设备的三维模型，对厂区、车间以及设备的相对位置信息、尺寸方位信息进行标的、测量，构建与物理系统一致的虚拟生产车间。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述多源异构数据整合模块用于对车间环境中不同种类的设备输出不同的状态信息、信息数据来源于不同设备且数据形式、规则、采样频率的各项数据信息进行一致化整合；
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述数字孪生工艺仿真模块基于3d数字化工艺模型进行工艺过程的动态仿真；所述数字孪生工艺仿真模块通过数字化的手段将物理设备的各类属性映射到虚拟空间中，创建出可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字化镜像。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述数据连接通讯模块基于多源异构数据整合模块对数据的整合，将物理信息模块中物理车间与虚拟信息模块中虚拟车间连接，采集数据与数字孪生仿真模块交互。
7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述数据连接通讯模块作为车间现场数据与系统管理的桥梁包含接口服务与协议服务；
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述多视角监测模块，用于向用户展示监测内容，并具有多视角、及时切换的监测界面；
9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生智能生产车间动态监控系统，其特征在于，所述物理信息模块按照系统建模及功能组成分为三个内容，分别为物料系统建模、工艺系统建模、生产系统建模；
