一种基于数字孪生的生产线数据验证系统的制作方法

本发明涉及数字孪生领域，尤其涉及一种基于数字孪生的生产线数据验证系统。

背景技术：

1、利用数字孪生技术对生产线中的设备进行状态监测，能够全面且直观地了解到生产线整体的情况，从而有利于工作人员根据实际情况对生产线中的设备的状态进行调整，保证生产线的安全。

2、现有技术中，利用无线节点技术获取生产线上的设备的状态时，通常都是直接将无线节点采集的数据传输至工业无线网关中，这种通信方式，在生产线的规模比较小的时候，即需要获取状态的设备的数量较少的时候是适用的，因为并不会引发很严重的通信冲突。但是，若生产线的规模较大时，这种通信方式便不再适用，容易引发通信冲突，从而导致数字孪生模型不能够及时地接收到反映生产线中的设备状态的数据，无法对生产线的设备的运行数据进行及时的验证，从而无法对生产线的数字孪生模型中对应的虚拟设备的状态进行更改。

3、例如，当反映设备状态的数据超出正常运行时的数值区间时，便需要将数字孪生模型中对应的虚拟设备的状态由正常状态转换为故障状态，同时发出预警提示。

技术实现思路

1、本发明的目的在于公开一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，解决如何将无线通信技术应用到规模较大的生产线中，使得可以降低通信冲突发生的概率，从而能够及时对生产线的设备的运行数据进行验证，及时对生产线的数字孪生模型中对应的虚拟设备的状态进行更改的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，包括数据采集模块，数据采集模块包括自适应获取单元、分类单元、无线节点和工业网关；

4、自适应获取单元用于对生产线的设备所在的区域a进行自适应分区，得到多个局部区域，每个局部区域中包括多个无线节点；

5、无线节点用于获取生产线的设备的运行数据；

6、分类单元用于周期性地将每个局部区域中的无线节点分为采集传感器节点和转发传感器节点；

7、采集传感器节点用于获取设备的运行数据，并将运行数据传输至对应的转发传感器节点；

8、转发传感器节点除了用于获取设备的运行数据之外，还用于将自身获得的运行数据以及接收到的采集传感器节点发送的运行数据一起发送至工业网关。

9、优选地，还包括数据处理模块；

10、工业网关用于将接收到的运行数据发送至数据处理模块；

11、数据处理模块用于对运行数据进行预处理，得到处理后的运行数据。

12、优选地，还包括数据验证模块；

13、数据处理模块还用于将处理后的运行数据发送至数据验证模块；

14、数据验证模块用于将处理后的运行数据与对应的阈值区间进行比较，获得比较结果，比较结果为运行数据超出对应的阈值区间或运行数据没有超出对应的阈值区间。

15、优选地，还包括数字孪生模块；

16、数据验证模块还用于将比较结果和处理后的运行数据发送至数字孪生模块；

17、数字孪生模块用于根据比较结果和处理后的运行数据对预先建立的生产线的数字孪生模型的中的模拟设备的状态进行控制。

18、优选地，还包括预警模块；

19、预警模块用于在比较结果为运行数据超出对应的阈值区间时，发出预警信号。

20、优选地，还包括数据可视化模块；

21、数据可视化模块用于对处理后的运行数据进行可视化呈现。

22、优选地，对生产线的设备所在的区域a进行自适应分区，得到多个局部区域，包括：

23、s1，将区域a中的所有的生产线的设备保存到集合colofdev；

24、s2，计算colofdev中的每个生产线的设备的计算顺序值；

25、s3，将colofdev中计算顺序值最大的生产线的设备作为分区对象；

26、s4，基于分区对象进行自适应分区，得到分区对象所在的局部区域；

27、s5，将处于s4中得到的局部区域中的所有生产线设备从colofdev中删除，判断colofdev是否为空集，若是，则结束自适应分区；若否，则进入s3。

28、优选地，计算顺序值的计算函数为：

29、

30、calordb表示生产线的设备b的计算顺序值，cirb表示以b为圆心的，直径为d的圆形区域内的所有的生产线的设备的集合；distb,i表示b与cirb中的元素i之间的距离，ncirb表示cirb中的元素的数量，obtcyci表示i与b之间的数据获取间隔的差值的绝对值；obtcycmax表示所有的生产线的设备之间的数据获取间隔的差值的绝对值的最大值，α1表示距离加权系数，α2表示数据获取间隔加权系数。

31、优选地，基于分区对象进行自适应分区，得到分区对象所在的局部区域，包括：

32、s41，将分区对象存入局部区域集合locreg；

33、s42，获取以分区对象为圆心的，直径为d的圆形区域内的不属于已存在的局部区域集合的所有的生产线的设备的集合calcir；

34、s43，判断calcir是否为空集，若是，则将locreg中的元素从colofdev中删除，进入s46；若否，则进入s44；

35、s44，分别计算分区对象与calcir中的每个元素之间的数据获取间隔的差值的绝对值；

36、s45，判断s44中所得到的绝对值的最小值是否小于设定的时间长度，若是，则将calcir中的最小值所对应的元素作为下一个分区对象，进入s41；若否，则将locreg中的元素从colofdev中删除，进入s46；

37、s46，将locreg中的元素所在的区域作为一个局部区域。

38、优选地，运行数据包括运行电压、运行电流、温度、压力中的至少一种。

39、有益效果：

40、与现有技术相比，本发明通过对生产线的设备所在的区域a进行自适应分区，得到多个局部区域，然后分别确定每个局部区域中的无线节点属于采集传感器节点还是转发传感器节点，采集传感器节点仅与对应的转发传感器节点进行通信，然后由转发传感器节点将接收到的以及自身获取的运行数据一起发送至工业网关，这样，便大幅度地减少了直接与工业网关进行通信的无线节点的数量，有效地降低了通信冲突发生的概率，使得运行数据能够及时地被进行传输，从而能够及时对生产线的设备的运行数据进行验证，及时对生产线的数字孪生模型中对应的虚拟设备的状态进行更改。

技术特征：

1.一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，包括数据采集模块，数据采集模块包括自适应获取单元、分类单元、无线节点和工业网关；

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，还包括数据处理模块；

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，还包括数据验证模块；

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，还包括数字孪生模块；

5.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，还包括预警模块；

6.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，还包括数据可视化模块；

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，对生产线的设备所在的区域a进行自适应分区，得到多个局部区域，包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，计算顺序值的计算函数为：

9.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，基于分区对象进行自适应分区，得到分区对象所在的局部区域，包括：

10.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，其特征在于，运行数据包括运行电压、运行电流、温度、压力中的至少一种。

技术总结
本发明属于数字孪生领域，公开了一种基于数字孪生的生产线数据验证系统，包括数据采集模块，数据采集模块包括自适应获取单元、分类单元、无线节点和工业网关；自适应获取单元用于获取局部区域，每个局部区域中包括多个无线节点；无线节点用于获取生产线的设备的运行数据；分类单元用于将每个局部区域中的无线节点分为采集传感器节点和转发传感器节点；采集传感器节点用于获取设备的运行数据，并将运行数据传输至对应的转发传感器节点；转发传感器节点除了用于将自身获得的运行数据以及接收到的采集传感器节点发送的运行数据一起发送至工业网关。本发明有效地降低了通信冲突发生的概率，使得运行数据能够及时地被进行传输。

技术研发人员：黄艳红,刘轶
受保护的技术使用者：黄艳红
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19