本發(fā)明涉及機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，具體是機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生技術(shù)在機床領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注，數(shù)字孿生驅(qū)動的機床指的是將機床的物理實體與其數(shù)字模型進行實時同步，以實現(xiàn)更高效的管理、監(jiān)控和優(yōu)化，數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)C床的物理操作與虛擬世界進行緊密結(jié)合，為制造業(yè)帶來更高的智能化水平和效率提升；

2、機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化是利用數(shù)字孿生技術(shù)對機床進行虛擬建模和仿真，以優(yōu)化其性能和加工過程。這種優(yōu)化方法可以顯著提升生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和可靠性，但是目前現(xiàn)有的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)在使用時生產(chǎn)效率較低操作參數(shù)較為反復(fù)資源浪費較多。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)，優(yōu)化控制系統(tǒng)，所述優(yōu)化控制系統(tǒng)包含有數(shù)據(jù)輸入單元、系統(tǒng)優(yōu)化單元、孿生模型構(gòu)建單元、數(shù)據(jù)分析單元、決策支持單元和實施反饋單元，所述數(shù)據(jù)輸入單元、所述孿生模型構(gòu)建單元和所述數(shù)據(jù)分析單元輸出端均連接于所述系統(tǒng)優(yōu)化單元輸入端，所述系統(tǒng)優(yōu)化單元輸出端連接所述決策支持單元輸入端，所述決策支持單元輸出端連接所述實施反饋單元輸入端。

4、作為本發(fā)明進一步的方案：所述數(shù)據(jù)輸入單元包含有數(shù)據(jù)采集模塊和實際采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊包含有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、溫度傳感器、振動傳感器和壓力傳感器，所述實際采集模塊包含有erp系統(tǒng)和mes系統(tǒng)。

5、作為本發(fā)明進一步的方案：所述系統(tǒng)優(yōu)化單元包含有優(yōu)化算法模塊和目標(biāo)設(shè)定模塊，所述包含有遺傳算法、粒子群優(yōu)化和模擬退火，所述目標(biāo)設(shè)定模塊包含有性能評估工具和成本分析工具。

6、作為本發(fā)明進一步的方案：所述決策支持單元包含有可視化工具模塊和結(jié)果評估模塊，所述包含有監(jiān)控儀表盤和vr或ar設(shè)備，所述結(jié)果評估模塊包含有報告生成工具和數(shù)據(jù)分析工具。

7、作為本發(fā)明進一步的方案：所述實施反饋單元包含有優(yōu)化執(zhí)行模塊和監(jiān)測模塊，所述優(yōu)化執(zhí)行模塊包含有plc控制器和伺服驅(qū)動器，所述監(jiān)測模塊包含有監(jiān)控器和報警模塊。

8、作為本發(fā)明再進一步的方案：機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)步驟如下：

9、s1：首先通過安裝數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、溫度傳感器、振動傳感器和壓力傳感器，在機床上安裝各種傳感器，并連接iot網(wǎng)關(guān)，以確保傳感器數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳輸，通過iot網(wǎng)絡(luò)收集傳感器數(shù)據(jù)，存儲到中央數(shù)據(jù)庫，定期采集實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)如工藝參數(shù)、生產(chǎn)效率等，并與傳感器數(shù)據(jù)整合；

10、s2：通過系統(tǒng)優(yōu)化單元中性能評估工具，指定生產(chǎn)效率和質(zhì)量目標(biāo)，通過成本分析工具計算生產(chǎn)成本和預(yù)期利潤，通過遺傳算法用于選擇最佳加工參數(shù)，粒子群優(yōu)化通過群體搜索找到最優(yōu)解，和模擬退火用于避免局部最優(yōu)而獲得全局最優(yōu)來優(yōu)化算法；

11、s3：通過孿生模型構(gòu)建單元使用建模軟件創(chuàng)建機床的d數(shù)字模型，定義機床材料、幾何特征及其運動學(xué)特性，并通過物理特性模擬，有限元分析預(yù)測機床結(jié)構(gòu)在不同負(fù)載下的表現(xiàn)，以及多體動力學(xué)分析機床運動部件之間的相互作用；

12、s4：數(shù)據(jù)分析單元對數(shù)據(jù)進行處理，通過數(shù)據(jù)清洗工具如openrefine去除噪聲和異常數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫如mysql、mongodb存儲和管理歷史數(shù)據(jù)；

13、s5：監(jiān)控儀表盤顯示機床狀態(tài)和關(guān)鍵性能指標(biāo)，vr或ar設(shè)備用于虛擬培訓(xùn)和實時操作指導(dǎo)，報告生成工具自動化生成優(yōu)化報告，數(shù)據(jù)分析工具評估優(yōu)化前后的效果；

14、s6：plc控制器執(zhí)行優(yōu)化后的控制策略，伺服驅(qū)動器根據(jù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)整機床運動，監(jiān)控器實時監(jiān)測機床性能收集反饋數(shù)據(jù)，報警模塊檢測異常并通知操作員。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本發(fā)明中通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，可以及時調(diào)整機床參數(shù)，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)中斷和停機時間；使用優(yōu)化算法改進加工參數(shù)，提升加工速度和精度，增加生產(chǎn)產(chǎn)量；數(shù)字孿生技術(shù)可以精確模擬機床的操作和環(huán)境，預(yù)測潛在的質(zhì)量問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；通過優(yōu)化加工參數(shù)和過程，降低產(chǎn)品缺陷率，提高產(chǎn)品的一致性和可靠性；通過預(yù)測維護需求和實時監(jiān)控機床狀態(tài)，能夠提前進行維護，減少突發(fā)故障，降低維修成本；

17、2、本發(fā)明中優(yōu)化機床操作參數(shù)，減少能源浪費，降低能耗和相關(guān)成本；數(shù)字孿生模型可以快速適應(yīng)生產(chǎn)要求的變化，如調(diào)整生產(chǎn)計劃或切換生產(chǎn)線，增強生產(chǎn)靈活性；在數(shù)字孿生環(huán)境中模擬不同的生產(chǎn)方案，支持大規(guī)模定制化生產(chǎn)；實時數(shù)據(jù)分析和可視化工具提供了強有力的決策支持，幫助管理層做出更科學(xué)的生產(chǎn)決策；通過自動化的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法，減少人工干預(yù)帶來的錯誤和偏差；通過實時監(jiān)控和預(yù)測模型，及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障和安全隱患，降低安全風(fēng)險；根據(jù)系統(tǒng)反饋調(diào)整操作流程和安全措施，確保操作人員的安全。

技術(shù)特征：

1.機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括：優(yōu)化控制系統(tǒng)(100)，所述優(yōu)化控制系統(tǒng)(100)包含有數(shù)據(jù)輸入單元(1)、系統(tǒng)優(yōu)化單元(2)、孿生模型構(gòu)建單元(3)、數(shù)據(jù)分析單元(4)、決策支持單元(5)和實施反饋單元(6)，所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)、所述孿生模型構(gòu)建單元(3)和所述數(shù)據(jù)分析單元(4)輸出端均連接于所述系統(tǒng)優(yōu)化單元(2)輸入端，所述系統(tǒng)優(yōu)化單元(2)輸出端連接所述決策支持單元(5)輸入端，所述決策支持單元(5)輸出端連接所述實施反饋單元(6)輸入端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)輸入單元(1)包含有數(shù)據(jù)采集模塊(10)和實際采集模塊(11)，所述數(shù)據(jù)采集模塊(10)包含有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊(101)、溫度傳感器(102)、振動傳感器(103)和壓力傳感器(104)，所述實際采集模塊(11)包含有erp系統(tǒng)(105)和mes系統(tǒng)(106)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)優(yōu)化單元(2)包含有優(yōu)化算法模塊(20)和目標(biāo)設(shè)定模塊(21)，所述(20)包含有遺傳算法(201)、粒子群優(yōu)化(202)和模擬退火(203)，所述目標(biāo)設(shè)定模塊(21)包含有性能評估工具(204)和成本分析工具(205)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述決策支持單元(5)包含有可視化工具模塊(50)和結(jié)果評估模塊(51)，所述(50)包含有監(jiān)控儀表盤(501)和vr或ar設(shè)備(502)，所述結(jié)果評估模塊(51)包含有報告生成工具(503)和數(shù)據(jù)分析工具(504)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述實施反饋單元(6)包含有優(yōu)化執(zhí)行模塊(60)和監(jiān)測模塊(61)，所述優(yōu)化執(zhí)行模塊(60)包含有plc控制器(601)和伺服驅(qū)動器(602)，所述監(jiān)測模塊(61)包含有監(jiān)控器(603)和報警模塊(604)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法，其特征在于，所述機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了機床數(shù)字孿生仿真優(yōu)化方法及系統(tǒng)，優(yōu)化控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制系統(tǒng)包含有數(shù)據(jù)輸入單元、系統(tǒng)優(yōu)化單元、孿生模型構(gòu)建單元、數(shù)據(jù)分析單元、決策支持單元和實施反饋單元；本發(fā)明中通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，可以及時調(diào)整機床參數(shù)，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)中斷和停機時間；使用優(yōu)化算法改進加工參數(shù)，提升加工速度和精度，增加生產(chǎn)產(chǎn)量；數(shù)字孿生技術(shù)可以精確模擬機床的操作和環(huán)境，預(yù)測潛在的質(zhì)量問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；通過優(yōu)化加工參數(shù)和過程，降低產(chǎn)品缺陷率，提高產(chǎn)品的一致性和可靠性；通過預(yù)測維護需求和實時監(jiān)控機床狀態(tài)，能夠提前進行維護，減少突發(fā)故障，降低維修成本。

技術(shù)研發(fā)人員：黃家坤,劉立全,孫萌,花文青,楊彬,張擴堂,張強,劉鵬,田海龍
受保護的技術(shù)使用者：山東金精智能制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6