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申请/专利权人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司;山东中康国创先进印染技术研究院有限公司

摘要：本发明公开了一种基于数字孪生的工业机器人综合性能分析方法及系统。该方法包括：建立工业机器人设备数字孪生模型，包括构建工业机器人几何模型、物理模型及机理模型；建立工业机器人数据驱动数学模型，实现数字孪生模型的实时动作驱动；建立工业机器人综合性能评价数据模型，实时获取工业机器人生产过程中的各项指标数据；建立工业机器人综合性能分析算法模型，通过搭建数字孪生硬件系统，开发工业机器人数字孪生软件系统，直观地反应工业机器人运行时间利用率、生产效率指数、生产质量指数、机器人健康指数、机器人能耗指数、环境适应度等各项指标，为工业机器人生产效率优化提升提供依据。

主权项：1.一种基于数字孪生的工业机器人综合性能分析方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1：建立工业机器人设备数字孪生模型，包括构建所述工业机器人的几何模型、物理模型以及机理模型；步骤S2：建立工业机器人数据驱动数学模型，包括关节机器人的各关节动作驱动数据、直角坐标机器人的三坐标动作驱动数据、各类工业机器人末端执行器的动作驱动数据以及工业机器人配套设备的动作驱动数据；步骤S3：建立工业机器人综合性能评价数据模型，所述综合性能评价数据模型包括所述工业机器人生产过程中的各项性能指标数据，所述性能指标数据至少包括：运行时间利用率Rta、生产效率指数Pro、生产质量指数Qua、机器人健康指数Hea、机器人能耗指数Eco、环境适应度Ena；步骤S4：建立工业机器人综合性能分析算法模型，首先确定工业机器人综合性能Ircp的各指标权重，ω＝{ω1,ω2,ω3,ω4,ω5,ω6}；其次基于所述工业机器人综合性能评价数据模型，计算所述工业机器人综合性能Ircp，具体计算方法如公式1所示： 步骤S5：搭建工业机器人数字孪生硬件系统，并开发工业机器人数字孪生软件系统；其中，所述步骤S3包括：步骤S101：所述运行时间利用率Rta是指所述工业机器人在有任务状态时的实际工作时间占比，所述运行时间利用率Rta由任务时间Rt以及可工作时间At计算得到，计算过程如公式2所示： 步骤S102：所述生产效率指数Pro由可用性AE以及表现性PE计算得到，计算过程如公式3所示：Pro＝AE×PE3其中，所述可用性AE主要由运转时间Ut以及所述任务时间Rt计算得到，所述任务时间Rt由所述运转时间Ut和停滞时间St计算得到，所述停滞时间St包括暂停时间、等待时间、故障时间、维护时间、准备时间，计算过程如公式4所示： 所述表现性PE主要由机器人计划工作周期Pw、实际加工数量Aq、以及所述运转时间Ut计算得到，其中机器人计划工作周期Pw由计划工作时长和计划加工数量计算得到，计算过程如公式5所示： 步骤S103：所述生产质量指数Qua由所述工业机器人加工的良品数量Gq、实际加工数量Aq计算得到，所述良品数量Gq由所述实际加工数量Aq和加工失败数量计算得到，计算过程如公式6所示： 步骤S104：所述机器人健康指数Hea由所述工业机器人的机械可靠性Mr、电气可靠性Er以及工艺可靠性Pr计算得到，计算过程如公式7所示：Hea＝Mr×Er×Pr7所述机械可靠性Mr由运转时间Ut和机械结构故障时间Mf计算得到，计算过程如公式8所示： 所述电气可靠性Er由所述运转时间Ut和电气故障时间Ef计算得到，计算过程如公式9所示： 所述工艺可靠性Pr由所述运转时间Ut和工艺故障时间Pf计算得到，计算过程如公式10所示： 步骤S105：所述机器人能耗指数Eco主要针对水f1、电f2、气f3、汽f4的每日消耗量进行评估，分别与日均能耗值进行对比，判断是否存在异常，建立日均能耗值范围，如表1所示：表1日均能耗值范围 能耗指标 日均能耗值范围 水f1 a1,b1 电f2 a2,b2 气f3 a3,b3 汽f4 a4,b4 通过实际数据与所述日均能耗值范围进行对比，确定机器人各能耗指标，计算过程如公式11所示： 进一步确定能耗指数中各指标的权重，ωf＝{ωf1,ωf2,ωf3,ωf4}；机器人能耗指数Eco计算过程如公式12所示： 步骤S106：所述环境适应度Ena通过环境中的温度ft、湿度fh进行评估，判断工业机器人是否在理想环境中工作，通过分析工业机器人的理想环境温湿度，建立温湿度理想参考值如表2所示：表2温湿度标准值 通过实际数据与温湿度理想值进行对比，确定环境适应度指标，计算过程如公式13所示： 进一步确定环境适应度各指标的权重，温度为ωt，湿度为ωh；机器人环境适应度Ena计算过程如下公式所示：Ena＝ωt·ft+ωh·fh。

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