(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210796529.3 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司 地址 100083 北京市海淀区学清路18号1号 楼三层 申请人 北京机科国创轻量 化科学研究院有 限公司烟台分公司 (72)发明人 孙福臻　蔡克乾　朱帅　贾广斌　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种热冲压成形生产线的数字孪生系统和 构建方法 (57)摘要 本发明提供一种热冲压成形生产线的数字 孪生系统和构建方法， 所述的数字孪生系统包括 位于物理层的自动化热冲压成形生产线物理系 统， 位于中间层的网络通信、 数据处理和分析系 统以及位于服务层的三维生产线虚拟场景、 直播 视频、 增强现实和运行状态看板展示系统， 其构 建方法包括如下步骤： (1)收集数据； (2)几何造 型； (3)人机界面； (4)场景构建； ( 5)场景模型； (6)场景优化。 通过本发明提供的数字孪生系统， 热冲压成形生产线的设计、 管理者可以规划、 验 证、 分析与评估生产过程、 优化生产线设计， 监控 生产线的建设、 运行状况， 查看实时生产信息和 生产统计数据， 并对运行和性能数据进行全面分 析， 从而持续优化热冲压成形生产线的效能。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115203842 A 2022.10.18 CN 115203842 A 1.一种热冲压成形生产线的数字 孪生系统和构建方法， 其特 征在于， 所述系统包括： 物理层模块， 是数字孪生系统 的物理空间中的实体对象， 用于构建灵活的， 适应不同工 艺路线要求的自动化热冲压成形生产线， 可以在更换专门的工具和控制软件后生产不同类 型的工件； 中间层模块， 用于构建物理层模块与服务层模块通信的网络系统， 实现数字孪生系统 的数据采集、 处理和存储过程， 快速建立热冲压成形生产线运行 的实时数据库和专家知识 库； 服务层模块， 是数字孪生系统的虚拟空间中的仿真对象， 通过三维建模后的模型和数 据信息展示工具与 物理空间中的实体对象相对应， 负责向物理层提供特定于应用程序的服 务。 所述系统基于生产线实 际业务流程， 面向热冲压成形生产过程， 其构建方法包括收集 数据， 几何造型， 场景优化， 人机界面， 场景构建和场景模 型共6个功能模块以及这些模块之 间的6个步骤过程。 2.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形生产线物理层 模块的实体对象包括机器设备及其附属的传感器、 执行器和 控制器。 3.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形生产线物理层 模块包括准备物料和转运工件的物流模块、 生产热冲压成形 工件的前处 理模块、 热冲压成形后工件的后处 理模块。 4.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形生产线物流模块包括立体仓库、 搬运机械手站和自动导引车， 前处理模块 包括上料机械手站、 冷料转运车、 搬运机械手站、 测厚/ 打标站、 压机、 加热炉和温控器， 后处 理模块包括搬运机 械手站， 激光 修边站， 转运机械手站， 激光焊接站和下 料机械手站。 5.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于： 所 述的热冲压成形生产线中间层模块包括网络通信链路， 网络通信系统， 数据 处理系统和数 据分析系统。 6.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于： 所 述基于三 维的热冲压成形生产线服务层 模块通过对生产线关键 设备、 区域进 行实景视频监 控， 并结合增强现实技术应用， 从而实时展现生产过程动态信息、 设备内部状况和历史动作 过程， 及时响应生产现场异常情况。 7.根据权利要求1所述的热冲压成形生产线数字孪生系统和构建方法， 其特征在于， 所 述构建方法包括： 步骤1， 所述的收集数据模块将热冲压成形生产线的实体对象和虚拟对象的所有数据 信息汇总后分为非模型驱动数据和模型驱动数据。 非模型驱动数据是静态类型数据， 以表 格形式在物联网平台工具中存储和展示。 模 型驱动数据是动态数据， 使用WebSocket协 议将 数据发送到物联网平台工具进 行存储， 并以JSON字符串格式传递给三 维可视化引擎进 行数 据链接和绑定。 收集数据模块汇总后的数据经过步骤2和步骤3 分别提供给几何造型和人机 界面模块； 步骤2， 所述的几何造型模块根据实体对象的几何尺寸采用三维建模软件构建出数字权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203842 A 2模型， 添加必要的灯光、 材质、 纹理渲染模型和特效， 使三维模型具有真实质感、 更加逼真。 为了降低硬件的运行压力， 要对模型进 行适当地简化处理， 并导出为轻量化格式文件， 在步 骤4中将该文件导入到场景构建模块中； 步骤3， 所述的人机界面模块包括人机交互设计、 外部输入事件响应等功能， 旨在实现 在三维虚拟环境中的场景漫游， 使用户有身临其境的直观体验。 在三维建模软件环境中将 实现人机界面模块功 能的文件导出为轻量化格式文件， 在步骤4中将该文件导入到场景构 建模块中； 步骤4， 所述的场景构建模块是在三维可视化引擎开发工具中对几何造型模块及人机 界面模块功能文件的进一步完善， 即将人机界面模块的设计效果与几何造型模块的模型文 件合并到一个场景中， 进行场景管理、 场景漫游、 UI界面设计、 性能优化等， 在步骤5中将该 文件导入到场景模型模块中； 步骤5， 所述的场景模型模块是在三维可视化引擎开发工具中将物联网平台开发工具 以JSON字 符串格式提供的信息进 行数据绑定， 实现基于所述的物理层 模块中实体对象 的实 时数据驱动的虚拟场景、 状态看板、 直播视频和增强现实模块状态信息的实时更新， 对这些 模块进行运行测试并将测试 结果在步骤6中反馈 到场景优化模块中； 步骤6， 所述的场景优化模块将步骤5 中的场景模型模块测试运行的结果反馈到几何造 型和人机界面模块， 在这两个模块中分别进行设计优化， 经过迭代以后在三维可视化引擎 开发工具中将虚拟场景模块的模型文件发布为 WebGL格式， 并集成到物联网平台工具中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203842 A 3