一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统与流程

1.本发明涉及数字化制造技术领域，尤其涉及一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统。


背景技术：

2.数字化转型是世界经济的热点，未来企业不仅需要产品具备数字化特征，对于工厂本身也追求数字化，而数字孪生技术是当下企业进行数字化转型的关键技术路径，
3.随着数字孪生技术的兴起，在应用过程中发现存在着较多的问题，过往在对工厂进行扫描时，多需要人为设置扫描装置，通过将工厂分段来进行分段数据采集，随后再拼接到一起，严重影响建模的销量。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统，用以解决现有技术中存在的数字工厂建模效率不足的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，
6.包括云端采集模块、建模模块、复合模型构建模块以及关联控制模块，所述云端采集模块用以采集工厂每个物理实体的点云数据，并将采集的点云数据应用于调整数字化工厂的布局；
7.所述建模模块内置若干标准模型数据，根据每个物理实体的点云数据分布，向所述复合模型构建模块输出接近的标准模型数据；
8.所述复合模型构建模块用以根据每个物理实体的点云数据在前述接近的标准模型数据基础上进行精细化模型搭建，并调整精细化模型的位置与连接关系而与现实环境工厂对应；
9.所述关联控制模块用以将各精细化模型的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定。
10.本技术的方案中，针对现有技术中在进行数字化工厂搭建时，多依赖于人为分段获取工厂的点云数据，随后再进行拼接而搭建数字化工厂导致效率较慢的问题，本技术利用飞行设备，直接获取工厂各物理实体的点云数据，并将点云数据回传后，利用数据库中暂存的若干标准模型数据，比对点云数据与标准模型数据以获取最接近的标准模型，将标准模型输出至所述复合模型构建模块中，显著提升所述复合模型构建模块搭建精细化模型的效率，也即能帮助工厂进行数字化的效率。
11.其中，所述云端采集模块包括无人机采集子模块、点云数据分类子模块、标签子模块以及gps定位子模块，所述无人机采集子模块用以扫描并采集对各物理实体的点云数据，所述点云数据分类子模块用以将每一物理实体获取的点云数据进行分类，所述标签子模块用以人为对无法直接分类的点云数据附上标签，进一步提升点云数据分类效率，所述gps定
位子模块用以为不同地理位置的物理实体的点云数据进行标注。
12.所述无人机采集子模块通过无人机飞行，可以一次性获取到各物理实体的点云数据，并通过所述点云数据分类子模块将点云数据进行分类，使得点云数据能对应至相对应的物理实体上，所述标签子模块通过人为辅助附上标签的方式，来提升后续处理的效率，所述gps定位子模块用以将所述无人机采集子模块获取到的点云数据附上地理信息。
13.其中，所述建模模块包括数据库子模块和对比子模块，所述数据库内预存若干标准模型数据，每一标准模型均设有标准数据，并与所述无人机采集子模块采集的点云数据进行对比，以向所述复合模型构建模块输出接近的标准模型数据。
14.所述数据库子模块内置若干标准模型数据，通过所述对比子模块来快速输出较接近的标准模型，减少所述复合模型构建模块搭建精细化模型需要的时间。
15.其中，所述复合模型构建模块内置模型构造平台，所述模型构建平台在获取每个物理实体的接近标准模型后，人为修改标准模型直至构造与物理实体一致的精细化，并对应工厂实际布局调整各物理实体对应精细化模型的布局。
16.所述模型构造平台让模型搭建人员在标准模型的基础上进行精细化模型的搭建，并将搭建好的各精细化模块按照各物理实体的布局进行布局，以完成数字化工厂模型的搭建。
17.其中，所述关联控制模块包括若干映射子模块以及可对所述复合模型构建模块进行控制的控制子模块，所述映射子模块用以建立各物理实体与所述复合模型构建模块中搭建的精细化模型之间的映射，而所述控制子模块用以调整所述精细化模块的业务数据。
18.所述映射子模块用以将各物理实体和对应的精细化模块的数据实现映射，使得所述控制子模块调整业务数据，即可反应到所述复合模型构建模块中的数字化工厂的变化，实现对工厂的实时监控。
19.一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法，应用如前所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，
20.具体包括如下步骤：
21.人为操控云端采集模块，获取工厂各物理实体的地理信息以及点云数据；
22.云端采集模块将地理信息以及点云数据传至建模模块，由建模模块向复合模型构建模块输出各物理实体最接近的标准模型；
23.复合模型构建模块获取各物理实体最接近的标准模型后，经人为修订，搭建好与各物理实体一致的精细化模型，并调整精细化模型的布局与工厂实际布局一致；
24.利用关联控制模块将各精细化模块的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定，使得可被关联控制模块调整的业务数据与物理实体的实际数据之间实现映射，也即可完成数字化工厂建模。
25.本发明的一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统，在现有技术的基础上，改进数字工厂的建模方法以及系统，改用所述云端采集模块实现对工厂各物理实体的点云数据的一次性采集，并设置所述建模模块来对获取的点云数据选择性输出标准模型，减少后续建模时间，从而显著提升数字化工厂建模的效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明提供的一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法的步骤图。
28.图2是本发明提供的一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统的结构示意图。
29.101-云端采集模块、102-建模模块、103-复合模型构建模块、104-关联控制模块、105-无人机采集子模块、106-点云数据分类子模块、107-标签子模块、108-gps定位子模块、109-数据库子模块、110-对比子模块、111-模型构造平台、112-映射子模块、113-控制子模块。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.请参阅图2，本发明提供了一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，
32.包括云端采集模块101、建模模块102、复合模型构建模块103以及关联控制模块104，所述云端采集模块101用以采集工厂每个物理实体的点云数据，并将采集的点云数据应用于调整数字化工厂的布局；
33.所述建模模块102内置若干标准模型数据，根据每个物理实体的点云数据分布，向所述复合模型构建模块103输出接近的标准模型数据；
34.所述复合模型构建模块103用以根据每个物理实体的点云数据在前述接近的标准模型数据基础上进行精细化模型搭建，并调整精细化模型的位置与连接关系而与现实环境工厂对应；
35.所述关联控制模块104用以将各精细化模型的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定。
36.本技术的方案中，针对现有技术中在进行数字化工厂搭建时，多依赖于人为分段获取工厂的点云数据，随后再进行拼接而搭建数字化工厂导致效率较慢的问题，本技术利用飞行设备，直接获取工厂各物理实体的点云数据，并将点云数据回传后，利用数据库中暂存的若干标准模型数据，比对点云数据与标准模型数据以获取最接近的标准模型，将标准模型输出至所述复合模型构建模块103中，显著提升所述复合模型构建模块103搭建精细化模型的效率，也即能帮助工厂进行数字化的效率。
37.其中，所述云端采集模块101包括无人机采集子模块105、点云数据分类子模块106、标签子模块107以及gps定位子模块108，所述无人机采集子模块105用以扫描并采集对各物理实体的点云数据，所述点云数据分类子模块106用以将每一物理实体获取的点云数据进行分类，所述标签子模块107用以人为对无法直接分类的点云数据附上标签，进一步提升点云数据分类效率，所述gps定位子模块108用以为不同地理位置的物理实体的点云数据
进行标注。
38.所述无人机采集子模块105通过无人机飞行，可以一次性获取到各物理实体的点云数据，并通过所述点云数据分类子模块106将点云数据进行分类，使得点云数据能对应至相对应的物理实体上，所述标签子模块107通过人为辅助附上标签的方式，来提升后续处理的效率，所述gps定位子模块108用以将所述无人机采集子模块105获取到的点云数据附上地理信息。
39.其中，所述建模模块102包括数据库子模块109和对比子模块110，所述数据库内预存若干标准模型数据，每一标准模型均设有标准数据，并与所述无人机采集子模块105采集的点云数据进行对比，以向所述复合模型构建模块103输出接近的标准模型数据。
40.所述数据库子模块109内置若干标准模型数据，通过所述对比子模块110来快速输出较接近的标准模型，减少所述复合模型构建模块103搭建精细化模型需要的时间。
41.其中，所述复合模型构建模块103内置模型构造平台111，所述模型构建平台在获取每个物理实体的接近标准模型后，人为修改标准模型直至构造与物理实体一致的精细化，并对应工厂实际布局调整各物理实体对应精细化模型的布局。
42.所述模型构造平台111让模型搭建人员在标准模型的基础上进行精细化模型的搭建，并将搭建好的各精细化模块按照各物理实体的布局进行布局，以完成数字化工厂模型的搭建。
43.其中，所述关联控制模块104包括若干映射子模块112以及可对所述复合模型构建模块103进行控制的控制子模块113，所述映射子模块112用以建立各物理实体与所述复合模型构建模块103中搭建的精细化模型之间的映射，而所述控制子模块113用以调整所述精细化模块的业务数据。
44.所述映射子模块112用以将各物理实体和对应的精细化模块的数据实现映射，使得所述控制子模块113调整业务数据，即可反应到所述复合模型构建模块103中的数字化工厂的变化，实现对工厂的实时监控。
45.请参阅图2，本发明还提出一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法，应用如前所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，
46.具体包括如下步骤：
47.s1：人为操控云端采集模块101，获取工厂各物理实体的地理信息以及点云数据；
48.s2：云端采集模块101将地理信息以及点云数据传至建模模块102，由建模模块102向复合模型构建模块103输出各物理实体最接近的标准模型；
49.s3：复合模型构建模块103获取各物理实体最接近的标准模型后，经人为修订，搭建好与各物理实体一致的精细化模型，并调整精细化模型的布局与工厂实际布局一致；
50.s4：利用关联控制模块104将各精细化模块的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定，使得可被关联控制模块104调整的业务数据与物理实体的实际数据之间实现映射，也即可完成数字化工厂建模。
51.本发明的一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统，在现有技术的基础上，改进数字工厂的建模方法以及系统，改用所述云端采集模块101实现对工厂各物理实体的点云数据的一次性采集，并设置所述建模模块102来对获取的点云数据选择性输出标准模型，减少后续建模时间，从而显著提升数字化工厂建模的效率。
52.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，其特征在于，包括云端采集模块、建模模块、复合模型构建模块以及关联控制模块，所述云端采集模块用以采集工厂每个物理实体的点云数据，并将采集的点云数据应用于调整数字化工厂的布局；所述建模模块内置若干标准模型数据，根据每个物理实体的点云数据分布，向所述复合模型构建模块输出接近的标准模型数据；所述复合模型构建模块用以根据每个物理实体的点云数据在前述接近的标准模型数据基础上进行精细化模型搭建，并调整精细化模型的位置与连接关系而与现实环境工厂对应；所述关联控制模块用以将各精细化模型的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定。2.如权利要求1所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，其特征在于，所述云端采集模块包括无人机采集子模块、点云数据分类子模块、标签子模块以及gps定位子模块，所述无人机采集子模块用以扫描并采集对各物理实体的点云数据，所述点云数据分类子模块用以将每一物理实体获取的点云数据进行分类，所述标签子模块用以人为对无法直接分类的点云数据附上标签，进一步提升点云数据分类效率，所述gps定位子模块用以为不同地理位置的物理实体的点云数据进行标注。3.如权利要求2所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，其特征在于，所述建模模块包括数据库子模块和对比子模块，所述数据库内预存若干标准模型数据，每一标准模型均设有标准数据，并与所述无人机采集子模块采集的点云数据进行对比，以向所述复合模型构建模块输出接近的标准模型数据。4.如权利要求3所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，其特征在于，所述复合模型构建模块内置模型构造平台，所述模型构建平台在获取每个物理实体的接近标准模型后，人为修改标准模型直至构造与物理实体一致的精细化，并对应工厂实际布局调整各物理实体对应精细化模型的布局。5.一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法，应用如权利要求4所述的面向数字孪生应用的三维数字工厂建模系统，其特征在于，具体包括如下步骤：人为操控云端采集模块，获取工厂各物理实体的地理信息以及点云数据；云端采集模块将地理信息以及点云数据传至建模模块，由建模模块向复合模型构建模块输出各物理实体最接近的标准模型；复合模型构建模块获取各物理实体最接近的标准模型后，经人为修订，搭建好与各物理实体一致的精细化模型，并调整精细化模型的布局与工厂实际布局一致；利用关联控制模块将各精细化模块的业务数据与对应的物理实体的实际数据进行绑定，使得可被关联控制模块调整的业务数据与物理实体的实际数据之间实现映射，也即可完成数字化工厂建模。

技术总结
本发明涉及数字化制造技术领域，具体涉及一种面向数字孪生应用的三维数字工厂建模方法及系统；包括云端采集模块、建模模块、复合模型构建模块以及关联控制模块，还提出一种建模方法应用如前的建模系统，具体包括如下步骤：获取工厂各物理实体的地理信息以及点云数据；输出各物理实体最接近的标准模型；搭建好与各物理实体一致的精细化模型；使得可被关联控制模块调整的业务数据与物理实体的实际数据之间实现映射，本申请改用云端采集模块实现对工厂各物理实体的点云数据的一次性采集，并设置建模模块来对获取的点云数据选择性输出标准模型，从而显著提升数字化工厂建模的效率。从而显著提升数字化工厂建模的效率。从而显著提升数字化工厂建模的效率。


技术研发人员：喻陈星 魏宇 张浩 孙利 王昱棽
受保护的技术使用者：江苏启飞应用航空科技有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/13