[發明專利]一種數控機床數字孿生建模方法

有效

• 申請號: 201711434013.X
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108107841B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 胡天亮;駱偉超;陶飛;張承瑞
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 顏洪嶺

本發明涉及一種數控機床數字孿生建模方法，包括物理空間、數字孿生數字空間和數字孿生映射模型，數字孿生數字空間通過數字孿生映射模型與物理空間進行連接；數據傳感器安裝在數控機床上，數據傳感器通過不同的數據接口與數控系統連接，數控系統通過數字孿生映射模型進行相關數據的采集與協議的解析；數字孿生數字空間包括數字孿生描述模型、數字孿生智能化模型，數字孿生智能化模型通過數據分析與決策，實現數控機床數字孿生的智能化服務。該建模方法采用多領域統一建模語言Modelica，使得所建立的數字孿生描述模型具有多領域統一建模、數學方程化、面向對象的特點，可以更加真實的反映復雜機電系統的本質關系。

技術領域

本發明涉及一種數控機床數字孿生建模方法，具體涉及一種多領域的、面向對象的、基于組件的機床數字模型的建模方法，屬于設備智能化與數字化技術領域。

背景技術

機床是制造系統的母機，是制造行業的根基，是國力是否強盛的一個重要標志。但是目前數控機床的智能化與數字化水平還比較低。“工業4.0”與“中國制造2025”的實施，都需要制造設備的數字化與智能化的支持。如何根據其先進理念的指導，在工業化與信息化融合的背景下，提高數控機床的智能化與數字化水平，是智能制造的一個關鍵問題。

目前有關數控機床的建模方法多局限于某一方面的建模方法，例如中國專利文獻CN104483900A公開了一種半閉環控制數控機床滾珠絲杠進給系統定位誤差建模方法，該方法主要解決了因環境溫度與絲杠工作溫度的變化導致進給系統定位誤差預測的問題，其關鍵之處在于考慮了絲杠不同的安裝支承方式對進給系統熱誤差的影響，通過多元線性回歸理論建立了數控機床滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型。再比如中國專利文獻CN102478786A公開了一種五軸數控機床建模和裝配方法，該方法對單個零件進行三維建模步驟，即按照五軸數控機床的零件的實際尺寸，畫出三維圖形；裝配步驟，即在對五軸數控機床的所有零件進行三維建模后，利用UG三維平臺進行虛擬裝配，在裝配圖的環境下，分別調入需要裝配的環境以及需要裝配的零部件，通過約束條件對各零件進行位置方向約束，然后再對五軸數控機床的各部件進行虛擬裝配，最后對機床總體進行裝配。

但經檢索發現，尚未有關于針對多領域的、面向對象的、基于組件的機床數字模型建模方法的報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種數控機床數字孿生建模方法。

本發明的技術方案如下：

一種數控機床數字孿生建模方法，包括物理空間、數字孿生數字空間和數字孿生映射模型，數字孿生數字空間通過數字孿生映射模型與物理空間進行連接；其中，所述物理空間包括數控機床、數據傳感器和數控系統，數據傳感器安裝在數控機床上，數據傳感器通過不同的數據接口與數控系統連接，數控系統通過數字孿生映射模型進行相關數據的采集與協議的解析；所述數字孿生數字空間包括數字孿生描述模型、數字孿生智能化模型，數字孿生智能化模型通過數據分析與決策，實現數控機床數字孿生的智能化服務。

優選的，所述數字孿生描述模型是基于多領域統一建模語言Modelica、利用面向對象的方式構建。

優選的，所述數字孿生智能化模型包括運行狀態數據庫、知識庫和推理機，其中運行狀態數據庫是基于列式數據庫HBase進行數據的存儲，知識庫和推理機是利用TensorFlow搭建機器學習模型提供支持。

優選的，所述數字孿生描述模型主要包括機械子系統、電氣子系統和液壓子系統，各個子系統之間通過能量轉換器進行連接，子系統內部通過模型件接口進行集成。

優選的，所述數字孿生智能化模型的分析決策結果通過外部接口連接到數字孿生描述模型上，數字孿生描述模型和數字孿生智能化模型都通過數字孿生映射模型與物理空間進行數據的交互和通訊。