一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统

本发明涉及义齿制造车间运行可视化监控，具体地说，涉及一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统。

背景技术：

1、在传统的义齿制造过程中，由于依赖手工操作较多，难以实现高精度和一致性的产品输出，同时对生产过程中的实时监控不足导致效率低下，传统监控手段难以实现实时的数据采集和监控，各生产设备和系统之间缺乏有效的数据共享和集成；由于缺乏有效的物流规划，导致物料流转效率低下；车间内的设备使用情况、原材料库存以及人力资源分配等方面往往缺乏有效的管理和调度手段，导致资源浪费或过度利用。因此，提供一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统，以解决上述背景技术中提出的生产监控不足、生产流程不透明、生产效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法，包括以下步骤：

3、s1、收集义齿制造车间的物理数据，使用数据传输协议实现对这些数据的读取与传输；

4、s2、基于收集的数据，根据义齿制造车间的工作区域、储存区域、设备、物料流转路径通过blender软件建立三维模型；

5、s3、基于三维模型以及物理数据，建立虚实交互映射模型，使虚拟模型能够实时反映实体义齿制造车间的运行状态，并在建立虚实交互映射模型的过程中引入车间产生的粉尘影响因子和化学物质的腐蚀因子，用于减少车间内环境因素对映射模型的影响。

6、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，收集物理数据包括：设备参数、工艺流程。

7、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，建立三维模型包括以下步骤：

8、s2.1、获取义齿制造车间内部的空间尺寸、设备位置信息，收集车间的平面图、设备功率需求、物料流相关文档；

9、s2.2、根据收集到的数据进行初步的概念性设计，确定义齿制造车间的工作区域、储存区域和设备的位置；

10、s2.3、根据收集到的义齿制造车间布局数据，在blender软件中绘制出车间的平面图，在平面图的基础上，构建义齿制造车间的三维模型；

11、s2.4、导入设备数据进行设备建模，根据设备的实际位置，将设备模型放置在车间模型中的相应位置；

12、s2.5、对工艺流程进行建模，通过数字孪生模型模拟设备的工作原理和生产过程中物料的流动；

13、s2.6、定义各设备间的逻辑关系，包括物料流转路径、设备间的交互规则；

14、s2.7、将义齿制造车间的工作区域、储存区域、设备、物料流转路径所有元素整合到一个完整的三维模型中。

15、作为本技术方案的进一步改进，所述s2.5中，通过数字孪生模型模拟设备的工作原理和生产过程中物料的流动，包括以下步骤：

16、s2.51、构建数字孪生模型，包括物理设备状态模型、物料流动模型，在模型中定义实体，包括物料、设备、过程，包括物料转换过程，将实时数据与模型相结合，用于确保模型能准确反映物理系统的当前状态；

17、s2.52、使用仿真软件运行数字孪生模型，用于模拟实际的生产过程，在每一步中记录关键事件的发生，通过持续接收和处理来自车间的实际数据，使模型能够反映最新的系统状态；

18、s2.53、比较仿真结果与实际生产数据，用于确保模型准确无误。

19、作为本技术方案的进一步改进，所述s2.51中，构建数字孪生模型具体为：

20、将物理设备状态进行虚拟表示，构建物理设备状态模型，并在物理设备状态模型中引入声波参数，用于减少声波产生的振动对物理设备状态模型的影响，具体为：

21、；

22、其中，表示设备，表示设备类型，表示设备位置，表示设备状态，表示性能指标，表示操作参数，表示声波参数，，表示振动频率，表示振动幅度，表示噪声水平，表示声波频谱，表示事件日志，表示物料处理；

23、物料流动模型具体为：

24、；

25、其中，是物料在时刻的速度；是物料的流量随时间的变化，，表示管道的半径，表示两端的压力差随时间的变化，表示流体的动态粘度，表示管道的长度，是管道截面积。

26、作为本技术方案的进一步改进，所述s2.6中，定义各设备间的逻辑关系，包括以下步骤：

27、物料流转路径具体为：

28、存在个设备，每个设备用表示，其中表示设备编号，物料流转路径用有向图表示，其中是设备的集合，是边的集合；

29、，中的每条边表示从设备到的物料流转路径，其中，表示设备编号；

30、设备交互规则具体为：

31、触发机制：当中的物料达到一定数量时，触发向发送物料；

32、通信协议：使用mqtt协议进行通信；

33、响应机制：规定在接收到物料后立即开始加工；

34、优先级设置：如果正在加工另一批物料，则根据物料类型设定不同的优先级。

35、作为本技术方案的进一步改进，所述s2.7中，整合到一个完整的三维模型，包括以下步骤：

36、s2.71、通常选择车间的一个角落作为原点(0,0,0)，x轴代表车间的长度方向，y轴代表宽度方向，z轴代表高度方向；

37、s2.72、记录每堵墙相对于原点的坐标(x,y,z)和尺寸，包括长度、宽度，记录每个门和窗的位置坐标和尺寸；

38、s2.73、确定每个区域的边界坐标(x1,y1,z1)，通过相邻区域边界的距离来计算，计算每个区域的中心点坐标作为参考点；

39、s2.74、记录每个设备的尺寸，包括长、宽、高，根据车间布局图确定设备在车间内的位置坐标(x2,y2,z2)，记录设备的主要朝向；

40、s2.75、确定物料流转路径的起点坐标(x3,y3,z3)和终点坐标(x4,y4,z4)，根据设备布局和工作流程，规划物料流转的路径，对于有转弯的路径，计算转弯半径用于确保路径的可行性。

41、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，建立虚实交互映射模型包括以下步骤：

42、s3.1、建立虚拟义齿制造车间与现实义齿制造车间之间的映射机制，并在映射机制中引入车间产生的粉尘影响因子和化学物质的腐蚀因子，用于减少车间内环境因素对映射机制的影响；

43、s3.2、通过虚拟模型实时监控车间的运行状态，一旦发现异常情况立即发出预警。

44、作为本技术方案的进一步改进，所述s3.2中，映射机制具体为：

45、；

46、表示虚拟模型中设备在时间点的状态值；表示物理设备在时间点的状态值；表示映射函数，用于将物理设备的状态映射到虚拟模型的状态；

47、在映射机制中引入车间产生的粉尘影响因子和化学物质的腐蚀因子具体为：

48、；

49、其中，表示粉尘影响因子，，表示粉尘对设备影响的系数，表示时间时车间内粉尘的浓度；表示化学物质腐蚀因子，，表示化学物质对设备影响的系数，表示时间时车间内化学的浓度。

50、另一方面，本发明提供了一种基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序实现上述的基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果：

52、1、该基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统中，通过建立精确的数字孪生模型，可以实时监控义齿制造过程，能够实时反映义齿生产车间的运行状态，包括设备运转状况、生产进度等，数字孪生模型提供的数据可视化和分析功能，有助于管理人员进行生产优化和决策，减少试错成本，支持远程协作和智能决策，不同部门、不同地点的人员可以实时共享生产数据，进行远程协作，提高响应速度和效率。

53、2、该基于数字孪生的义齿制造车间运行可视化监控方法及系统中，建立虚实交互映射模型能够及时反映车间内设备和环境的变化情况，基于实时数据的分析，系统可以提供预警、故障预测等决策支持，减少意外停机时间，提高生产效率，基于数字孪生的系统能够识别维护需求，并规划最优的维护计划，减少不必要的维护成本，可以在虚拟环境中模拟工艺的流程设计，验证其可行性，加速研发周期。