本發(fā)明涉及一種智能制造技術(shù)，尤其是一種可視化裝配技術(shù)，具體地說是一種基于仿真的飛機(jī)裝配過程智能監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

飛機(jī)是一種復(fù)雜產(chǎn)品，其具有零部件品種規(guī)格多、工藝離散程度高、工藝工序數(shù)量多、生產(chǎn)作業(yè)周期長(zhǎng)、對(duì)裝配過程的跟蹤、協(xié)調(diào)和控制比較復(fù)雜等特點(diǎn)，目前應(yīng)用于裝配過程的監(jiān)控系統(tǒng)主要基于攝像裝置的視頻監(jiān)控，缺少對(duì)于裝配行為的預(yù)測(cè)及歷史裝配數(shù)據(jù)回溯。這種監(jiān)控系統(tǒng)大多應(yīng)用于自動(dòng)化程度高、流水線扁平化的裝配過程，而飛機(jī)裝配屬于離散的復(fù)雜產(chǎn)品裝配，其涉及的監(jiān)控對(duì)象繁多、自動(dòng)化程度較低、生產(chǎn)作業(yè)周期長(zhǎng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)裝配線的能力，同時(shí)還要能夠裝配歷史數(shù)據(jù)回溯和裝配行為預(yù)測(cè)。解決這一問題的可行方法之一就是將仿真技術(shù)與可視化監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，借助在虛擬環(huán)境中對(duì)飛機(jī)裝配過程的仿真，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)裝配過程中可能發(fā)生的異常情況及計(jì)劃調(diào)整所帶來(lái)的裝配瓶頸，并回溯歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題根源及時(shí)解決和預(yù)防問題的發(fā)生，從而做到提前預(yù)防、提前發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決裝配過程中的問題，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)將數(shù)據(jù)信息反饋至管理層用于全局管控飛機(jī)裝配過程，同時(shí)傳遞裝配相關(guān)信息給執(zhí)行層，便于快速響應(yīng)調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的飛機(jī)裝配過程的監(jiān)控系統(tǒng)主要基于攝像裝置的視頻監(jiān)控，缺少對(duì)于裝配行為的預(yù)測(cè)及歷史裝配數(shù)據(jù)回溯的問題，發(fā)明一種基于仿真的飛機(jī)裝配過程智能監(jiān)控系統(tǒng)，

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于仿真的飛機(jī)裝配過程智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于它包括：

一數(shù)據(jù)處理模塊1；該數(shù)據(jù)處理模塊用于進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理和裝配模型數(shù)據(jù)調(diào)用，并對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述，以便后續(xù)數(shù)據(jù)調(diào)用；

一在線仿真模塊2；該在線仿真模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模及仿真、裝配仿真分析以及優(yōu)化，為實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控模塊提供仿真結(jié)果；

一可視化監(jiān)控模塊3；該可視化監(jiān)控模塊采用服務(wù)器為多種終端提供動(dòng)態(tài)可視化信息，并根據(jù)用戶的管理層級(jí)設(shè)置用戶權(quán)限，同時(shí)基于仿真結(jié)果對(duì)飛機(jī)裝配線生產(chǎn)情況進(jìn)行裝配行為預(yù)測(cè)、分析和回溯，從而實(shí)現(xiàn)制造行為預(yù)測(cè)、異常制造行為辨識(shí)、瓶頸分析以及物料、待裝件狀態(tài)跟蹤的可視化監(jiān)控。

所述的數(shù)據(jù)處理模塊1是基于RFID/UWB傳感器和企業(yè)已有的信息系統(tǒng)采集飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)各類生產(chǎn)要素的實(shí)時(shí)信息，然后對(duì)采集所得信息進(jìn)行篩選、過濾及統(tǒng)計(jì)處理，最后與外部軟件集中已有的裝配產(chǎn)品、工藝和資源相關(guān)數(shù)據(jù)一同進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述。

所述的各類生產(chǎn)要素的實(shí)時(shí)信息包括工裝信息、人員信息、物流信息以及設(shè)備信息。

所述的在線仿真模塊2中的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真是基于數(shù)據(jù)處理模塊統(tǒng)一描述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和裝配模型數(shù)據(jù)共同作為仿真參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的飛機(jī)實(shí)時(shí)裝配過程仿真；所述的裝配仿真分析則是從產(chǎn)線平衡、資源利用率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)線瓶頸以及物理干涉方面對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)裝配計(jì)劃及裝配知識(shí)對(duì)飛機(jī)裝配線實(shí)時(shí)評(píng)估；所述的裝配仿真優(yōu)化模塊則是根據(jù)仿真分析結(jié)果，選取合適的優(yōu)化策略對(duì)飛機(jī)裝配線仿真模型進(jìn)行仿真優(yōu)化，從而獲取當(dāng)前飛機(jī)裝配中各環(huán)節(jié)的優(yōu)化方案。

所述的可視化監(jiān)控模塊3是將所述的數(shù)據(jù)處理模塊中實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、在線仿真模塊獲取的仿真數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)服務(wù)器仿真歷史數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)裝配行為異常辨識(shí)及預(yù)測(cè)、裝配實(shí)時(shí)監(jiān)控、待裝件及物料可視化跟蹤、仿真歷史數(shù)據(jù)回溯，并將所得結(jié)果以三維可視動(dòng)畫、文本和表格的形式導(dǎo)入到服務(wù)器，再由各終端設(shè)備提供給不同權(quán)限的用戶。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有裝配過程監(jiān)控系統(tǒng)大多應(yīng)用于自動(dòng)化程度高、流水線扁平化的裝配過程，而飛機(jī)裝配屬于離散的復(fù)雜產(chǎn)品裝配，其涉及的監(jiān)控對(duì)象繁多、自動(dòng)化程度較低、生產(chǎn)作業(yè)周期長(zhǎng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)裝配線的能力，同時(shí)還要能夠裝配歷史數(shù)據(jù)回溯和裝配行為預(yù)測(cè)的問題，它能夠及時(shí)辨識(shí)異常裝配行為，發(fā)現(xiàn)和分析裝配瓶頸，協(xié)調(diào)各部門有序進(jìn)行裝配調(diào)整，提高裝配效率。

本發(fā)明不僅可以為用戶提供對(duì)實(shí)時(shí)裝配過程的可視化監(jiān)控，同時(shí)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，結(jié)合智能優(yōu)化算法及裝配知識(shí)，實(shí)現(xiàn)制造行為預(yù)測(cè)、異常制造行為辨識(shí)、故障分析以及物料狀態(tài)跟蹤等功能，有效提高裝配管理效率和裝配質(zhì)量。

附圖說明

圖1為基于仿真的飛機(jī)裝配監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為基于仿真的飛機(jī)裝配監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)體系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1-2所示。

一種基于仿真的飛機(jī)裝配過程智能監(jiān)控系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由三個(gè)模塊組成：數(shù)據(jù)處理模塊1、在線仿真模塊2和可視化監(jiān)控模塊3，其硬件組成如圖2所示。

所述的數(shù)據(jù)處理模塊1，其具體實(shí)施如下：利用各類傳感器對(duì)加工設(shè)備、裝配設(shè)備的加工狀態(tài)、進(jìn)度狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；運(yùn)用UWB對(duì)物流配送設(shè)備、人員、加工設(shè)備、工裝的位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)定位跟蹤；運(yùn)用RFID讀寫物料的加工計(jì)劃、固有屬性和工藝信息，從而對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?；谄髽I(yè)已有的MES系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)工藝進(jìn)度信息、生產(chǎn)計(jì)劃信息、物料庫(kù)存信息等。然后，將采集到的實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，將其中冗余或者偏離較大的信息刪除，并對(duì)處理過后的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，其主要可分為工裝信息、人員信息、產(chǎn)品信息、物流信息、工藝信息以及設(shè)備信息等。最后將所有獲得數(shù)據(jù)信息以XML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一描述。

所述的在線仿真模塊2由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真子模塊、仿真驗(yàn)證分析子模塊和仿真智能優(yōu)化子模塊組成，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真子模塊主要由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真兩部分組成，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速建模是預(yù)先運(yùn)用外部軟件（如SoildWorks、CATIA、Pro/E等）構(gòu)建模型（飛機(jī)裝配線模塊、設(shè)備、待裝件、工裝等實(shí)體三維模型）存儲(chǔ)于裝配模型庫(kù)中，并由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速構(gòu)建飛機(jī)裝配線仿真物理模型，同時(shí)將采集的實(shí)時(shí)各類制造要素?cái)?shù)據(jù)設(shè)置為相應(yīng)的仿真輸入?yún)?shù)，例如在Plant Simulation軟件平臺(tái)上，將實(shí)時(shí)采集并處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)由通訊接口及時(shí)修改產(chǎn)品裝配、裝配設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，改變仿真時(shí)鐘，驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)行。在DELMIA軟件平臺(tái)上，利用采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入物料或待裝件的定位數(shù)據(jù)、裝配工藝進(jìn)度、工裝設(shè)備的使用狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)行仿真。仿真驗(yàn)證分析子模塊主要包括：以加工設(shè)備、物流配送設(shè)備、工具工裝、人員等利用率為代表的二維圖信息；以車間場(chǎng)景、裝配動(dòng)畫、人員等為代表的三維可視化信息。將上述信息上傳至圖形可視化系統(tǒng)服務(wù)器當(dāng)中，根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度管理員、車間管理員、現(xiàn)場(chǎng)工人不同的訪問權(quán)限，從管理計(jì)算機(jī)、移動(dòng)終端、電子看板獲得不同類型的車間實(shí)時(shí)生產(chǎn)工況。結(jié)合DELMIA 和Plantsimualtion的仿真結(jié)果，評(píng)價(jià)飛機(jī)裝配的質(zhì)量，辨識(shí)及預(yù)測(cè)裝配行為，精準(zhǔn)管理裝配現(xiàn)場(chǎng)各類要素（物料、待裝件、設(shè)備、人員等），同時(shí)可回溯歷史裝配過程動(dòng)畫，分析影響裝配質(zhì)量的相關(guān)因素。仿真智能優(yōu)化子模塊用于對(duì)仿真結(jié)果不符合要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化。構(gòu)建裝配線平衡、最大化設(shè)備、工裝利用率、人員平滑指數(shù)等為優(yōu)化目標(biāo)，調(diào)用預(yù)先保存在優(yōu)化知識(shí)庫(kù)中的智能算法（采用simtalk語(yǔ)言將遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等元啟發(fā)式算法集成在Plant Simulation的優(yōu)化庫(kù)中），設(shè)置算法的參數(shù)和初始條件進(jìn)行算法優(yōu)化。并基于優(yōu)化結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整仿真模型中裝配工藝序列、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)、站位負(fù)荷等仿真參數(shù)，從而為裝配現(xiàn)場(chǎng)管控提供參考分析，達(dá)到企業(yè)的優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)生成相應(yīng)的調(diào)度策略，有效提高裝配現(xiàn)場(chǎng)的裝配效率和裝配質(zhì)量。

可視化監(jiān)控模塊3如圖2所示。它通過將目前企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件CATIA 、工藝仿真軟件DELMIA、物流仿真軟件Plant Simulation系統(tǒng)集成，開發(fā)構(gòu)建基于仿真的飛機(jī)裝配過程智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于C/S結(jié)構(gòu)模式支持下的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，通過服務(wù)器/客戶端的配置實(shí)現(xiàn)飛機(jī)過程可視化監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)不同權(quán)限的用戶需求提供現(xiàn)場(chǎng)的裝配過程監(jiān)控結(jié)果及相關(guān)參數(shù)。該系統(tǒng)的運(yùn)行流程是將基于上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊、在線仿真模塊中所獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、模型及仿真參數(shù)、仿真結(jié)果、優(yōu)化策略等信息數(shù)據(jù)上傳至圖形可視化服務(wù)器中，動(dòng)態(tài)地更新裝配現(xiàn)場(chǎng)飛機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)，并采用Web Service（ASP.NET）為客戶端提供訪問服務(wù)，管理者可以通過企業(yè)局域網(wǎng)在電腦上實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況，監(jiān)控畫面包括當(dāng)前飛機(jī)裝配進(jìn)度、在制品的產(chǎn)品列表、待裝件數(shù)量參裝件數(shù)量、生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)計(jì)劃變更、設(shè)備運(yùn)行情況、設(shè)備故障情況等。同時(shí)還動(dòng)態(tài)地顯示飛機(jī)裝配任務(wù)執(zhí)行情況。另外裝配現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控顯示器也同步地更新飛機(jī)裝配的動(dòng)態(tài)，并將這些動(dòng)態(tài)信息提供給現(xiàn)場(chǎng)的員工，供員工實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)情況。因此管理人員、調(diào)度人員、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可通過不同的終端（PC電腦、觸摸屏終端機(jī)、移動(dòng)終端等）實(shí)時(shí)訪問相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配過程歷史數(shù)據(jù)可視化查詢、裝配排產(chǎn)優(yōu)化、裝配行為預(yù)測(cè)、異常行為（瓶頸、故障、缺料等）辨識(shí)、物料、待裝件狀態(tài)跟蹤等功能。

本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。