(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 202210698712.X (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 陶飞　高鹏飞　邹孝付　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 金怡　顾炜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种复杂装备数字孪生故障注入与等效模 拟方法及系统 (57)摘要 本发明公开一种复杂装备数字孪生故障注 入与等效模拟方法及系统， 系统包括： 航空设备 总装生产线复杂装备全要素高保真数字孪生模 块， 其由多种复杂装备如六轴机械臂， 自动导引 运输车， 产线生产物料， 以及厂房环境等实时孪 生模型和数据组成， 实现基于数字化的产线生产 流程； 复杂装备等效模拟数字孪生模块， 根据产 线的复杂装 备和产线物料和环 境等特性和设定， 产生各种设备运行的等效模拟数据， 驱动数字孪 生生产线系统中的各种复杂装备； 复杂装备故障 注入数字孪生模块， 模拟产生在产线数字孪生系 统运行中复杂装 备的模拟软件和硬件故障。 本发 明通过实现总装生产线的复杂装备与对应数字 孪生体交 互， 保障产线的高效稳定运行。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114818388 A 2022.07.29 CN 114818388 A 1.一种复杂装备 数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤 （1） 、 设计航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字 孪生模块： 根据产线复杂装备类型以及产线物料和厂房设备， 得到产线的关键工艺步骤、 产线复 杂装备的运行机理、 历史运行数据； 所述的关键工艺步骤、 运行机理和历史运行数据， 结合 产线实际的生产关系和模式， 不断对复杂装备模型以及产线工艺模型进行修正， 直至满足 精度需求， 构建出航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字 孪生模块； 步骤 （2） 、 设计复杂 装备等效模拟数字孪生模块： 设定产线复杂 装备等效模拟的配置参 数、 产线复杂装备的运行机理和历史运行数据并因此得到产线复杂装备数字模型的等效模 拟数据； 根据所述等效模拟数据， 通过设计的通信接口和协 议驱动总装生产线的等效运行， 从而构建出复杂装备等效模拟数字 孪生模块； 步骤 （3） 、 设计复杂 装备故障注入数字孪生模块： 设定待故障注入装备的故障注入方法 和故障类型； 根据所述的故障注入方法、 故障类型和配置参数， 结合所述等效模拟数据， 实 现航空设备总装生产线数字孪生系统的等效模拟运行， 并得到故障的模拟运行结果； 根据 所述的模拟运行结果， 得到针对故障注入后产生的异常状况的反馈以及相应的异常状况的 应对措施， 从而构建出复杂装备故障注入数字 孪生模块。 2.根据权利要求1所述的复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特征在于： 所 述步骤 （1） 中的所述产线复杂装备类型为物料自动导引运输车、 转运自动导引运输车、 六轴 机械臂、 激光定位仪和高清摄 像头。 3.根据权利要求2所述的复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特征在于： 所 述的关键工艺步骤包括控制物料自动导引运输车到物料临时存储区通过升降机以及立体 仓库获取部 分物料； 物料自动导引运输车装载产线物料到转运自动导引运输车 处通过激光 定位仪确定相对位置并等待六轴机械臂进 行下一步操作； 六轴机械臂上的摄像头定位转运 自动导引运输车上主体物料和物料自动导引运输车的部 分物料； 六轴机械臂 抓取物料自动 导引运输车 的部分物料进行装配工作； 航空设备完成初步的装配工作之后， 转运自动导引 运输车装载组装设备到 达测试工位， 并对其进行 各种稳定性和功能性测试。 4.根据权利要求1所述的复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特征在于： 所 述步骤 （2） 中的运行机理用于描述 生产线中密切相关的产线复杂装备的数 学模型。 5.根据权利要求1所述的复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特征在于： 所 述步骤 （2） 中的历史运行数据用于描述生产线中密切相关的产线复杂装备在各种模块运行 过程中所产生的多维度的数据。 6.根据权利要求1所述的复杂装备 数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特 征在于： 所述步骤 （2） 中的产线复杂装备等效模拟的配置参数包括产线复杂装备的配置参数和 产线生产的配置参数； 所述步骤 （2） 中的等效模拟数据根据产线复杂装备的运行机理和历史运行数据， 采用 数据融合和生成算法， 得到产线复杂装备 数字模型的等效模拟数据； 所述的通信接口和协议采用TCP/IP或UD P协议。 7.根据权利要求1所述的复杂装备 数字孪生故障注入与等效模拟方法， 其特 征在于： 所述步骤 （3） 中的故障注入方法包括虚拟硬件故障注入方法和虚拟软件故障注入方 法， 故障类型包括自动导引运输车地标丢失、 举升故障、 通信中断、 异常停车、 六轴机械臂信权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114818388 A 2号丢失、 夹具不 抓取、 电机 抱死、 机械臂碰撞和行为受阻。 8.一种应用权利要求1 ‑7之一所述的复杂装备数字孪生故障注入与等效模拟方法的系 统， 其特征在于， 包括： 航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真数字孪生模块， 用于生产线的产线 复杂装 备、 产线复杂装备的运行机理以及关键生产工艺的数字化展示和运行； 复杂装备等效模拟数字孪生模块， 用于控制和驱动 航空设备总 装生产线 复杂装备全要 素高保真数字 孪生模块 运行； 复杂装备故障注入数字孪生模块， 用于对航空设备总装生产线复杂装备全要素高保真 数字孪生模块和复杂装备等效模拟数字 孪生模块 运行时进行故障注入操作。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114818388 A 3