基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法

摘要

本发明适用于计算机领域，提供了一种基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法，所述方法包括：获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位；若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位；根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内；若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，本发明的有益效果在于：能够精准快速地对可能异常设定位进行失准判定，方便及时予以更换或者重新校准目标设备，从而保障后续生产线的正常生产运行。

说明书

技术领域

本发明属于计算机领域，尤其涉及一种基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法。

背景技术

产线指产品生产过程所经过的路线,即从原料进入生产现场开始,经过加工、运送、装配和检验等一系列生产活动所构成的路线，其基本原理是把一个生产重复的过程分解为若干个子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每一个过程可以与其它子过程同时进行。

现有技术中一般是通过传感器对生产线中各个设备和生产环节进行监控，有的还根据监控得到的数据进行仿真模拟显示，得到更为直观的显示结果，以便根据相应的显示结果进行相应的处理。

但是通过实施上述现有技术可以看出，当某个环节或者设备出现故障时，根据显示结果，需要人工对影响生产线的多种因素进行逐一排查，影响生产效率。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一方面，一种基于数字孪生技术的生产线监控方法，所述方法包括以下步骤：

获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位；

若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位；

根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内；

若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，其中所述故障指数越高，对应类型的第二检测信息的优先级越高；

将第一检测信息和第二检测信息进行对比，获取对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准。

作为本发明的进一步方案，在定位可能异常设定位之后，所述方法还包括：

下发检测暂停指令给异常设定位对应的检测设备和/或作业设备，以暂停进行检测和/或作业，直到根据暂停恢复指令指示检测设备和/或作业设备恢复检测和/或作业。

作为本发明的再进一步方案，所述方法还包括：

当根据第一检测信息判定对应设定位的检测信息异常时，所述检测信息异常包括工件检测参数异常和工作参数异常中至少一种,执行下一步骤；

根据区分特征对检测信息异常对应的设定位进行区分，所述区分特征包括按照层级工作条件划分的分段距离。

作为本发明的又进一步方案，所述根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内具体包括：

获取工件对应在每个目标工位的流转轨迹，所述目标工位包括可能异常设定位；

在目标设备动作时间内，获取目标工位的设备动作影像信息，并且对所述设备动作影像信息进行分帧处理，生成若干设备动作图像；

识别若干设备动作图像中目标设备的目标动作轨迹，根据目标动作轨迹识别目标设备的理论检测分布范围；

判断在同时段内的理论检测分布范围是否与所述流转轨迹存在重合。

作为本发明的进一步方案，所述方法还包括：

若在同时段内的理论检测分布范围与所述流转轨迹满足重合条件，则判定工件位于对应理论流转位置的误差范围内；

若在同时段内的理论检测分布范围与所述流转轨迹不满足重合条件，则判定工件不位于对应理论流转位置的误差范围内。

作为本发明的进一步方案，所述数字孪生模型是根据历史生产监控参数条件建立的，其中历史生产监控参数条件包括环境条件、使用寿命条件中至少一种，所述方法还包括将当前可能异常设定位的关联参数代入数字孪生模型，生成可能异常设定位的故障指数，所述关联参数包括环境条件、使用寿命条件中至少一种。

作为本发明的进一步方案，所述方法还包括：

当判定工件不位于对应理论流转位置的误差范围内时，判定工件的传送存在故障，发出传送校准提示信息。

作为本发明的进一步方案，所述方法还包括：

若根据对比结果显示存在第一检测信息和第二检测信息不一致时，且若第一检测信息为空缺信息，判定对应的可能异常位存在工作故障，发出故障提示。

作为本发明的进一步方案，另一方面，一种基于数字孪生技术的生产线监控系统，所述系统包括：

检测信息获取模块，用于：获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位；

异常识别模块，用于：若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位；

流转异常判定模块，用于：根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内；

条件检测模块，用于：若根据工件的位置流转信息判定工件位于对应理论流转位置的误差范围内，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，其中所述故障指数越高，对应类型的第二检测信息的优先级越高；

对比判定模块，用于：将第一检测信息和第二检测信息进行对比，获取对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准。

本发明实施例提供的一种基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法，通过获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位，若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位，根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内，若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，获取第一检测信息和第二检测信息的对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准，能够精准快速地对可能异常设定位进行失准判定，方便及时予以更换或者重新校准目标设备，从而保障后续生产线的正常生产运行。

附图说明

图1是一种基于数字孪生技术的生产线监控方法的主流程图。

图2是一种基于数字孪生技术的生产线监控方法中获取至少两个非相近设定位的流程图。

图3是一种基于数字孪生技术的生产线监控方法中根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内的流程图。

图4是一种基于数字孪生技术的生产线监控方法中判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内的流程图。

图5是一种基于数字孪生技术的生产线监控系统的主结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

本发明提供的一种基于数字孪生技术的生产线监控系统以及监控方法，解决了背景技术中的技术问题。

如图1所示，为本发明的一个实施例提供的一种基于数字孪生技术的生产线监控方法的主流程图，所述一种基于数字孪生技术的生产线监控方法包括：

步骤S10：获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位；也就是说，第一检测信息可以包括作业后的缺陷检测或者作业与否的检测；

步骤S11：若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位；

当在生产线中出现两个以及以上的检测信息异常时，表明至少两个设定位中均可能存在工件检测参数异常和工作参数异常中至少一种；由于当多个设定位异常时，极有可能是工件在工位之间的传送存在问题，因此不能按照设定路线或者设定时间、速度等到达对应的工位，或者设定位的识别存在偏差，使得不能准确识别到工件的位置，这将会导致较多设定位的检测信息异常；进一步的，为了排除距离相近条件下偶然失效可能是相同因素造成的干扰(相近条件下干扰因素相差不大)，使得后续对异常设定位的分析和判定更加具备可信度，选取了非相近设定位；

步骤S12：根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内；

步骤S13：若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，其中所述故障指数越高，对应类型的第二检测信息的优先级越高；

数字孪生模型是实体对象的虚拟模型，它跨越对象的生命周期，并使用从对象上的传感器发送的实时数据来模拟行为并监控操作；在另一种情况下，第二检测信息的类型是根据人工输入确定的，人工可以根据失效经验，确定输入第二检测信息的类型；例如，圆管内孔直线度检测、工作面的粗糙度检测等；

该步骤S13中，排除了不能按照设定路线或者设定时间、速度等到达对应的工位，或者设定位的识别存在偏差的因素，即引起检测信息异常的因素既有可能来源于对应的目标设备；在生产线的某个位置，例如末端，设置较为集成化的综合检测设备，以对工件进行至少两种检测，即对应前述至少两个设定位可能的两种情况，并且第二检测信息的类型可以根据数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数优先确定的，使得能够在尽量检测较少类型的第二检测信息的基础上，获取具有价值的对比结果；

步骤S14：将第一检测信息和第二检测信息进行对比，获取对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准。某个可能异常设定位的检测信息存在不一致，那么表明该异常设定位的对应的可能异常设定位存在工作失准，而不是其他原因，例如工工件传送问题；因此，对应的目标设备应当予以更换或者重新校准，从而保障后续生产线的正常生产运行。

本实施例在应用时，通过获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位，若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位，根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内，若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，获取第一检测信息和第二检测信息的对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准，基于数字孪生技术，能够精准快速地对可能异常设定位进行失准判定，方便及时予以更换或者重新校准目标设备，从而保障后续生产线的正常生产运行以及快速恢复生产，也能够为人工操作提供故障判断参考依据。

作为本发明的一种优选实施例，在定位可能异常设定位之后，所述方法还包括：

步骤S20：下发检测暂停指令给异常设定位对应的检测设备和/或作业设备，以暂停进行检测和/或作业，直到根据暂停恢复指令指示检测设备和/或作业设备恢复检测和/或作业。

可以理解的是，通过下发检测暂停指令，能够方便进行维护作业；还可以根据暂停恢复指令指示检测设备和/或作业设备恢复检测和/或作业，提高产线监控自动化程度。

如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述方法还包括：

步骤S30：当根据第一检测信息判定对应设定位的检测信息异常时，所述检测信息异常包括工件检测参数异常和工作参数异常中至少一种,执行下一步骤；

步骤S31：根据区分特征对检测信息异常对应的设定位进行区分，所述区分特征包括按照层级工作条件划分的分段距离，以获取至少两个非相近设定位。例如，按照工作时的等温差分布来区分或者按照工作时的噪音环境来区分；之所以对检测信息异常对应的设定位进行区分，是为了排除相近条件下偶然失效可能是相同因素造成的干扰，使得后续对异常设定位的分析和判定更加具备可信度。

也就是说，工件检测参数异常和工作参数异常中至少一种发生时，即判定对应设定位的检测信息异常，进一步的，为了排除层级工作条件对连续设定位的影响，根据区分特征对检测信息异常对应的设定位进行区分，能够识别出至少两个非相近设定位。

如图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内具体包括：

步骤S121：获取工件对应在每个目标工位的流转轨迹，所述目标工位包括可能异常设定位；

步骤S122：在目标设备动作时间内，获取目标工位的设备动作影像信息，并且对所述设备动作影像信息进行分帧处理，生成若干设备动作图像；分帧的帧数或者帧率，可以按照最大值或者最大值的公约数来处理，例如60fps，生产线的传输速度为2m/s；

帧数，就是在1秒钟时间里传输的图片的次数，帧率就是图片每秒钟能够被刷新的次数次，通常用fps表示；

步骤S123：识别若干设备动作图像中目标设备的目标动作轨迹，根据目标动作轨迹识别目标设备的理论检测分布范围；

步骤S124：判断在同时段内的理论检测分布范围是否与所述流转轨迹存在重合。

应当理解的是，在确定目标工位的条件下，首先确定在目标设备动作时间内目标工位的设备动作影像信息，即目标设备的动作影像信息，在目标设备动作时，同步记录其动作影像，根据实际应用可知，目标设备在准备加工或者检测工件的加工情形，如加工精度时，一般存在工作区间，也就是说存在除去工作区间的准备时间，目标设备动作轨迹一般就是与工作区间相契合的，因此，判断在同时段内的理论检测分布范围是否与所述流转轨迹存在重合，能够较为准确地判断出工件是否处于可以被作业或者识别的范围内。

如图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述方法还包括：

步骤S40：若在同时段内的理论检测分布范围与所述流转轨迹满足重合条件，则判定工件位于对应理论流转位置的误差范围内；

步骤S41：若在同时段内的理论检测分布范围与所述流转轨迹不满足重合条件，则判定工件不位于对应理论流转位置的误差范围内。

本实施例在应用时，重合条件可以是满足设定重合阈值，如90％以上，可以根据实际情况来确定，当在同时段内的理论检测分布范围与所述流转轨迹满足重合，表明工件可以存在被作业或者作业后检测的基本条件，即处于可以被作业或者识别的范围内，否则，则不处于可以被作业或者识别的范围内。

作为本发明的一种优选实施例，所述数字孪生模型是根据历史生产监控参数条件建立的，其中历史生产监控参数条件包括环境条件、使用寿命条件中至少一种，所述方法还包括将当前可能异常设定位的关联参数代入数字孪生模型，生成可能异常设定位的故障指数，所述关联参数包括环境条件、使用寿命条件中至少一种。

通常情况下，数字孪生模型构建是在数字空间实现物理实体及过程的属性、方法、行为等特性的数字化建模；模型构建可以是“几何-物理-行为-规则”多维度的，也可以是“机械-电气-液压”多领域的；

可以理解的是，本实施例中，数字孪生模型可以是环境-失效模型，其反映的是各种环境条件下相关设备的失效情况，失效可以通过工作参数异常来表示；当然，数字孪生模型也可以是正常环境条件下的使用时长-失效模型，其反映的是相关设备在正常使用条件下的失效情况，失效可以通过工作参数异常来表示，当然，也可以是组装的使用时长-环境-失效模型；为保证数字孪生模型的正确有效，需对构建以及组装或融合后的模型进行验证来检验模型描述以及刻画物理对象的状态或特征是否正确。若模型验证结果不满足需求，则需通过模型校正使模型更加逼近物理条件下(例如各种环境条件)下的实际运行或使用状态，保证以上数字孪生模型的精确度；所述方法还包括将当前可能异常设定位的关联参数代入数字孪生模型，生成可能异常设定位的故障指数，所述关联参数包括环境条件、使用寿命条件中至少一种，且故障指数越大，故障指数可以通过接近于失效条件下的用时来表征(失效条件下的用时可以对应上述数字模型中的工作参数异常的用时)，用时越短，表明其越可能失效或者异常。

作为本发明的一种优选实施例，所述方法还包括：

步骤S50：当判定工件不位于对应理论流转位置的误差范围内时，判定工件的传送存在故障，发出传送校准提示信息。

本实施例在应用时，当工件不位于对应理论流转位置的误差范围内时，即工件在某个可能异常设定位脱离了目标设备的理论识别范围，此时大概率是由于工位的传送出现了故障，即可能是工位的传送识别出现故障，导致反馈的传送识别信息不准确，或者是工位的传送本身出现故障，即不能按照设定的传送速度进行传送和停止。

作为本发明的一种优选实施例，所述方法还包括：

步骤S60：若根据对比结果显示存在第一检测信息和第二检测信息不一致时，且若第一检测信息为空缺信息，判定对应的可能异常位存在工作故障，发出故障提示。

应当理解的是，当第一检测信息为空缺信息，表明其在某个数据传输环节故障或者检测功能失效，此时应当判定对应的可能异常位存在工作故障。此时应当发出故障提示，故障提示可以在生产线附近发出，还可以上报到管控中心。

如图5所示，作为本发明的另一种优选实施例，另一方面，一种基于数字孪生技术的生产线监控系统，所述系统包括：

检测信息获取模块100，用于：获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位；

异常识别模块200，用于：若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位；

流转异常判定模块300，用于：根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内；

条件检测模块400，用于：若根据工件的位置流转信息判定工件位于对应理论流转位置的误差范围内，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，其中所述故障指数越高，对应类型的第二检测信息的优先级越高；

对比判定模块500，用于：将第一检测信息和第二检测信息进行对比，获取对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准。

本发明上述实施例中提供了一种基于数字孪生技术的生产线监控方法，并基于该基于数字孪生技术的生产线监控方法提供了一种基于数字孪生技术的生产线监控系统，通过获取生产线中若干个设定位的第一检测信息，所述设定位包括检测位和作业位，若根据所述第一检测信息识别到存在至少两个非相近设定位的检测信息异常时，获取工件的位置流转信息并且定位可能异常设定位，根据工件的位置流转信息判定工件是否位于对应理论流转位置的误差范围内，若是，则指示综合检测设备对工件进行至少两种检测，以获取包含至少两种类型的第二检测信息，所述第二检测信息的类型是根据设定条件优先确定的，所述设定条件包括数字孪生模型中可能异常设定位的故障指数，获取第一检测信息和第二检测信息的对比结果，当对比结果显示可能异常设定位的检测信息存在不一致时，判定对应的可能异常设定位存在工作失准，基于数字孪生技术，能够精准快速地对可能异常设定位进行失准判定，方便及时予以更换或者重新校准目标设备，从而保障后续生产线的正常生产运行。

为了能够加载上述方法和系统能够顺利运行，该系统除了包括上述各种模块之外，还可以包括比上述描述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线、处理器和存储器等。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，上述处理器是上述系统的控制中心，利用各种接口和线路连接各个部分。

上述存储器可用于存储计算机以及系统程序和/或模块，上述处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现上述各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如信息采集模板展示功能、产品信息发布功能等)等。存储数据区可存储根据泊位状态显示系统的使用所创建的数据(比如不同产品种类对应的产品信息采集模板、不同产品提供方需要发布的产品信息等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。