一種飛機裝配過程在線仿真優化系統的製作方法

2023-07-31 02:27:21 5

本發明涉及一種仿真技術，尤其是一種設備裝配仿真技術，具體地說是一種實現對飛機裝配現場的在線仿真優化以提高飛機裝配效率的飛機裝配過程在線仿真優化系統。

背景技術：

隨著現代飛機裝配生產線的柔性化程度不斷提高，僅僅對飛機裝配過程仿真已經不能滿足更為高效的現場裝配要求，而需要進一步對仿真結果進行分析評估，並對不滿足裝配要求的現場裝配方案進行優化，從而獲取更行之有效的裝配方案指導現場的裝配生產，提高現場的飛機的裝配效率、提升飛機裝配質量。

同時由於激烈的市場競爭以及向著多品種小批量的方向發展的客戶需求，飛機的生產計劃時刻可能變化。傳統仿真方法費時費力，難以實時反映飛機裝配現場的情況，無法應對變化的生產要求。相較之下，在線仿真優化可以做到數據驅動仿真、實時採集數據、實時顯示結果以及優化裝配方案等功能，使決策者可以實時把握飛機裝配現場情況，並及時獲取滿足當前生產要求的裝配方案，從而保證裝配活動流暢、高效的運行。

現有的飛機裝配仿真優化參數主要來源於經驗數據或設定參數，導致仿真過程、仿真結果與實際相差較大，優化結果難以直接指導飛機裝配生產，此外傳統的車間生產信息獲取依賴於人工對生產現場的物料配送、任務進度、設備利用等過程進行數據採集，導致信息實時性差、信息量小。本專利提出基於實時信息驅動的飛機裝配在線仿真優化。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有的飛機裝配仿真優化參數主要來源於經驗數據或設定參數，導致仿真過程、仿真結果與實際相差較大，優化結果難以直接指導飛機裝配生產，此外，傳統的車間生產信息獲取依賴於人工對生產現場的物料配送、任務進度、設備利用等過程進行數據採集，導致信息實時性差、信息量小的問題，設計一種飛機裝配過程在線仿真優化系統，為飛機裝配現場提供在線仿真優化，並通過該系統來實現對飛機裝配現場的在線仿真，以及對裝配現場相應仿真模型的優化獲取飛機裝配的優化方案。

本發明的技術方案是：

一種飛機裝配過程在線仿真優化系統，其特徵在於它包括：

一在線仿真模塊，在線仿真模塊結合數據處理模塊從各資料庫中獲取所需的飛機裝配模型數據信息，通過信息採集設備實時採集現場各類裝配資源信息來共同驅動裝配模型進行仿真，並實時根據仿真檢驗結果在線調整仿真參數，最後再結合三維裝配仿真軟體實現實時顯示仿真結果，從而實現飛機裝配過程的在線仿真；在線仿真模塊主要由實時採集子模塊、數據驅動子模塊和實時顯示子模塊組成；

一數據處理模塊，數據處理模塊是基於SQL資料庫管理裝配工藝數據、生產過程執行管理系統導出數據、裝配產品數據、資源模型數據、知識數據，並基於可擴展標記語言定義不同類型數據的標準接口，保證數據的一致性和有效性，為系統模塊間的實時數據交互提供保障，數據處理模塊主要由數據管理子模塊、數據交互子模塊和數據接口子模塊組成；

一系統優化模塊，系統優化模塊通過調用數據處理模塊中的裝配產品數據、裝配資源數據、知識數據來構建當前飛機裝配仿真模型，並對模型進行生產節拍、工序工時、人員規劃、生產線瓶頸的仿真分析，隨後從生產進度預測、生產能力、設備利用率、人員利用率、布局成本的角度對仿真分析結果進行評估，判斷當前模型是否滿足現場的裝配要求，若不滿足則從知識庫中選擇模型對應的優化模板、優化策略、優化方法，結合仿真軟體從工藝流程、車間布局、標準作業、資源管理和生產能力方面實施仿真優化，從而獲取現場決策所需的最佳飛機裝配方案，系統優化模塊主要由仿真優化子模塊、仿真分析子模塊和仿真評估子模塊組成；

一資源模塊，該資源模塊包括：模型庫、資源庫、資料庫以及知識庫子模塊，資源模塊主要承擔管理飛機裝配過程在線仿真優化系統的數據資源管理，並存儲系統各個模塊所需數據信息；

一仿真結果輸出模塊，該仿真輸出模塊是將整線裝配過程動畫、工藝過程仿真動畫、車間布局優化結果、工藝流程優化結果、布局成本統計、產線平衡統計以及各飛機裝配在線仿真優化的結果輸出，並通過數據處理模塊將仿真優化結果實時傳輸到資源模塊、生產過程執行管理系統以及企業資源管理系統；

基礎設施，該基礎設施為飛機裝配過程在線仿真優化系統採集提供最初的信息數據，同時將系統所得的信息數據反饋到飛機裝配現場以及相關的其他系統當中去，所述的基礎設施包括現場信息採集器、無線定位設備、製造企業生產過程執行管理系統、企業資源管理系統以及各種飛機裝配現場所需的設備和系統。

所述的在線仿真模塊中的數據驅動子模塊從資源模塊以及實時採集到的各類裝配資源信息中獲得所需數據信息，並實時將所得數據信息輸入仿真模型驅動裝配仿真，同時根據仿真檢驗結果在線調整仿真參數，使得對飛機裝配過程的仿真具有實時性和有效性；所述的在線仿真模塊中的實時採集子模塊用於在飛機裝配在線仿真的過程中，實時採集裝配工藝參數、整線裝配參數、生產能力信息、人員布置信息、車間布局信息、車間調度信息以及各飛機裝配現場數據，並經過數據處理從中提取飛機裝配仿真所需的數據信息，隨後與資源模塊的數據信息一起實時輸入到數據驅動子模塊；所述的在線仿真模塊中的實時顯示子模塊用於結合三維裝配仿真軟體實現實時顯示裝配仿真動畫、裝配仿真信息、裝配工藝信息、資源管理統計、仿真評估信息以及各類仿真結果，從而方便現場人員對飛機裝配過程的實時監控。

所述的數據處理模塊中的數據交互子模塊用於實現將系統中各個模塊的數據交互傳遞，並根據各模塊的數據需求，將其所需數據通過相應數據傳遞路徑送至相關模塊，從而保證各模塊之間聯繫的實時性；所述的數據處理模塊中的數據管理子模塊膽基於SQL資料庫管理裝配工藝數據、生產過程執行管理系統導出數據、裝配產品數據、資源模型數據、知識數據，同時將系統中各個模塊所獲得結果的數據與各資料庫中的歷史數據進行比對，並實時處理各項數據管理內容，從而高效地管理系統數據；所述的數據處理模塊中的數據接口子模塊是採用基於可擴展標記語言技術定義不同的標準接口，確保系統中各個模塊的數據傳輸順暢，從而保證數據的實時性、一致性、有效性。

所述的系統優化模塊中的仿真優化子模塊是藉助各資料庫中的知識信息以及數據處理模塊傳輸的數據選取合適的優化模板、優化策略、優化方法及相關參數，對工藝流程、車間布局、標準作業、資源管理和生產能力進行仿真優化，通過對優化結果的仿真驗證來檢驗優化結果的可行性，從而獲得對飛機裝配現場真實可行的優化方案；所述的系統優化模塊中的仿真評估子模塊是從生產進度預測、生產能力、設備利用率、人員利用率、布局成本出發對仿真分析結果進行評估，判斷當前裝配是否滿足生產要求，不滿足則對飛機裝配仿真模型進行優化，從而獲取滿足生產要求的飛機裝配方案；所述的系統優化模塊中的仿真分析子模塊是對所構建的飛機裝配仿真模型從生產節拍、工序工時、人員規劃、生產線瓶頸角度進行仿真分析，從而獲取裝配仿真的性能參數。

所述的模型庫子模塊儲存管理有飛機裝配過程中的產品模型、仿真模型、工藝邏輯模型。產品模型為飛機裝配過程中液壓、電氣、環控、燃油各子系統的各類零部件及相關附件的模型；仿真模型是用於描述表達飛機裝配過程中邏輯關係和約束關係，基於產品模型、工藝模型、仿真參數等共同構建的、並以便於系統處理的形式保存的模型；工藝邏輯模型是根據裝配層次關係以及工序前後關係，並引入相關工藝信息建立而成的。

所述的資源庫子模塊是以企業現有的裝配資源信息為基礎，對通用設備、專用設備、工裝工具以及裝配人員資源進行分類，並通過有效的方法從海量數據中提取對裝配製造過程常用的、關鍵的以及有代表性的資源信息，從而創建裝配仿真所需資源的信息目錄，同時根據企業相關標準及國家或者行業標準，來對信息目錄中的資源進行編碼歸類，再依據建模規範創建各類資源模型。

所述的資料庫子模塊是基於SQL資料庫管理系統的各類數據，其存儲的數據有裝配仿真過程數據、現場實施採集的數據以及優化仿真所獲取數據，並對存儲數據進行管理操作，從而保證其能實時支持系統各模塊，同時儘可能減少數據冗餘。

所述的所述知識庫子模塊存儲管理解決飛機裝配過程中的知識信息，可分為底層的裝配事件知識、中間層的裝配工藝規則和仿真優化技術以及最高層的裝配策略和優化策略。

本發明的有益效果是：

本發明不僅藉助實時數據驅動來在線仿真現場的飛機裝配過程，同時對不滿足現場裝配要求的裝配方案進行優化，從而實時為現場提供最優裝配方案，提高飛機裝配效率。

附圖說明

圖1為飛機裝配過程在線仿真優化系統結構圖。

圖2為在線仿真模塊結構圖。

圖3為在線仿真模塊流程圖。

圖4為數據處理模塊結構圖。

圖5為系統優化模塊結構圖。

圖6為系統優化模塊流程圖。

圖7為飛機裝配過程在線仿真優化系統運行圖。

具體實施方式

下面結構附圖的具體實施方式對本發明作進一步的說明。

如圖1-7所示。

一種飛機裝配過程在線仿真優化系統，如圖1所示，其模塊包括在線仿真模塊、數據處理模塊、系統優化模塊、資源模塊、仿真結果輸出模塊以及與系統相關的基礎設施。

如圖2所示，所述的在線仿真模塊其包括數據驅動子模塊、實時採集子模塊以及實時顯示子模塊，其中數據驅動子模塊從資源模塊以及實時採集到的各類裝配資源信息中獲得所需數據信息，並實時將所得數據信息輸入仿真模型驅動裝配仿真，同時根據仿真檢驗結果在線調整仿真參數，使得對飛機裝配過程的仿真具有實時性和有效性；在飛機裝配在線仿真的過程中，實時採集子模塊實時採集裝配工藝參數、整線裝配參數、任務進度信息、人員布置信息、設施位置信息、調度排產信息以及各飛機裝配現場數據，並經過數據處理從中提取飛機裝配仿真所需的數據信息，隨後與資源模塊的數據信息一起實時輸入到數據驅動子模塊；實時顯示子模塊結合三維裝配仿真軟體實現實時顯示裝配仿真動畫、裝配仿真信息、裝配工藝信息、資源管理統計、仿真評估信息以及各類仿真結果，從而方便現場人員對飛機裝配過程的實時監控。

如圖3所示，所述的在線仿真模塊的具體實施如下：

步驟1：運用傳感器、UWB、RFID等數據採集技術實時採集飛機裝配信息及相關物流信息，結合企業已有的MES系統、ERP系統導出相應的物料需求信息及生產任務進度信息，並根據實時信息建立一系列過程模型；

步驟2：從資源模塊中各資料庫獲取預先運用CATIA、SolidWorks等外部軟體構建的模型實體以及結合裝配指令建立的裝配邏輯模型，然後以飛機裝配線為基準，搭建飛機裝配車間布局模型。

步驟3：自動將實時數據以及所構建仿真模型輸入到三維仿真軟體DELMIA和Plant Simulation，數據驅動仿真模型進行飛機裝配仿真；

步驟4：從物理幹涉、裝配邏輯、工藝流程等方面對仿真結果進行仿真驗證，對於仿真結果評估不符合實際需求的方面進行相應的仿真參數調整；

步驟5：藉助三維仿真軟體的演示界面以及其輸出接口將仿真結果輸出，其包括裝配仿真標準作業動畫、產線平衡分析、設施及人員使用率、布局成本分析等。

如圖4所示，所述的數據處理模塊包括：數據交互子模塊、數據管理子模塊以及數據接口子模塊，其中數據交互子模塊的功能是實現將系統中各個模塊的數據交互傳遞，並根據各模塊的數據應用需求，將其所需數據傳送至相關模塊，從而保證各模塊之間聯繫的實時性；數據管理子模塊基於SQL資料庫管理裝配工藝數據、生產過程執行管理系統導出數據、裝配產品數據、資源模型數據，同時將系統中各個模塊所獲得結果的數據與各資料庫中的歷史數據進行比對，並實時處理各項數據管理內容，從而高效地管理系統數據；數據接口子模塊採用基於XML定義不同的標準接口，確保系統中各個模塊的數據傳輸順暢，從而保證數據的實時性、一致性、有效性。

如圖5所示，所述的系統優化模塊包括：仿真優化子模塊、仿真評估子模塊以及仿真分析子模塊，其中仿真優化子模塊藉助各類數據選取合適的優化模板、優化策略、優化方法及相關參數，對工藝流程、車間布局、標準作業、資源管理和生產能力進行仿真優化，通過對優化結果的仿真驗證來檢驗優化結果的可行性，從而獲得對飛機裝配現場真實可行的優化方案；仿真評估子模塊從生產進度預測、生產能力、設備利用率、人員利用率、布局成本出發對仿真分析結果進行評估，不滿足則對飛機裝配仿真模型進行優化；仿真分析子模塊對所構建的飛機裝配仿真模型從生產節拍、工序工時、人員規劃、生產線瓶頸角度進行仿真分析，從而獲取裝配仿真的性能參數。

如圖6所示，所述的系統優化模塊的具體實施如下：

步驟1：獲取在線仿真模塊中獲得的飛機裝配仿真模型以及仿真結果，藉助資源模塊中的知識庫所存的裝配知識從生產節拍、工序工時、人員規劃、生產線瓶頸角度對當前的裝配仿真模型進行仿真分析；

步驟2：在仿真分析結果的基礎上，從生產進度預測、生產能力、設備利用率、人員利用率、布局成本出發對仿真分析結果進行評估；

步驟3：以裝配計劃、生產訂單等為標準，根據仿真分析結果以及仿真評估結果判斷當前飛機裝配方案是否裝配需求，滿足裝配需求的裝配方案輸出並作為歷史數據保存到資源模塊中；

步驟4：從工藝流程、車間布局、標準作業、資源管理和生產能力對飛機裝配方案進行仿真優化，其中優化方案根據仿真分析以及仿真評估結果從資源模塊中選取優化模板、優化策略、優化方法及相關參數，並將優化所得的裝配方案進行仿真並驗證其可行性，最終將可行的優化裝配方案輸出。

所述資源模塊包括：模型庫、資源庫、資料庫以及知識庫，該模塊主要承擔管理飛機裝配過程在線仿真優化系統的數據資源管理，並存儲系統各個模塊所需數據信息。

所述的基礎設施包括傳感器、RFID、UWB、MES、ERP以及各種飛機裝配現場所需的設備和系統，其為飛機裝配過程在線仿真優化系統採集提供現場的信息數據，同時將仿真分析結果反饋至飛機裝配現場以及管理層。

如圖7所示，本系統的運行流程為：實時數據信息通過傳感器、RFID、UWB等手段採集獲得，同時從MES、ERP等系統獲取仿真所需信息，運用外部軟體伺服器中CATIA V6、SolideWorks等三維工程軟體構建裝配線中的人員、設備、產品等實物模型，此外通過DELMIA V6、PlantSimulation等三維仿真軟體進行飛機裝配仿真，其中通過DELMIA V6進行飛機裝配過程仿真和幹涉檢測，PlantSimulation進行混流線產線仿真，最終將兩者的仿真信息統一輸入到資料庫伺服器中，採用SQL資料庫對數據伺服器中的數據信息進行讀取存儲，並且藉助文件伺服器獲取用戶權限可讀取的信息數據以及外部應用伺服器中的仿真優化結果，最後由其將結果輸出到各終端如PC終端、PDA、平板電腦、大屏顯示器等。

本發明未涉及部分與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。