[發明專利]一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法

有效

• 申請號: 202010407005.1
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN111666712B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 宋學官;原永亮;來孝楠;王碩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/23;G06F30/18;G06F30/17;G06N3/006;G06F111/04;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;劉秋彤

1.一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，包括物理樣機系統、數據通訊系統、數據解碼系統、優化計算系統、數據融合系統、孿生仿真系統和存儲系統，其中物理樣機系統是利用不同類型傳感器來進行多源數據的采集并作為物理樣機的關鍵信息輸入量，然后利用所述的數據通訊系統將采集的數據傳遞給數據解碼系統，數據解碼系統進行數據的解碼、清洗和簡化處理，獲得物理樣機的關鍵信息并導入所述的優化計算系統中進行機、電、液、控多學科優化求解，數據融合系統基于優化求解后的結果和系統中歷史數據進行數據融合，完成數據的多源、高維、高保真的融合，獲得可利用的渲染數據和物理樣機的高精度控制方式；在所述的孿生仿真系統中借助圖形渲染技術映射為物理樣機高精度的孿生體，基于獲得的高精度控制方式繪制高保真、直觀可信的物理樣機內部結構關系變化圖，可作為重要的歷史數據對后期的孿生體模型進行修正和優化；所述的存儲系統是將優化計算的結果和孿生體渲染的結果進行存儲。

2.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的物理樣機系統包括堆取料機的行走裝置、回轉裝置、俯仰裝置、斗輪裝置和配重；所述的行走裝置是堆取料機的基礎單元，為監測堆取料機不同位置不同工況的行為提供行走動力；所述的回轉裝置包括多種不同類型的工業傳感器，用來對堆取料機進行監測采集不同工況的實時數據；所述的俯仰裝置用來調節堆取料機的作業高度，用于監測不同取料姿態下的性能；所述的斗輪裝置是堆取料機對散料的挖掘取料單元，用來收集不同料堆取料時的挖掘阻力；所述的配重用來平衡堆取料機在堆取料過程中的受力，通過施加配重可獲得優化后的堆取料機在不同工況下的應力、變形，為孿生體模型的修改和優化提供數據。

3.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的數據通訊系統是對采集到的不同類型的數據進行接收和發送；針對不同類型傳感器采集到的采集信號，采用CAN總線、WIFI或藍牙技術，完成有線和無線的傳輸，在通訊協議遴選時應保證數據傳遞速率不低于10Gbit/s。

4.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的數據解碼系統能夠實現對采集到的數據進行解碼、數據清洗；對于不同類型的傳感器的信息數據進行簡單分類，利用AI算法對不同工況采集的數據進行降噪處理。

5.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的優化計算系統包括群智能優化算法、多學科協同優化策略、有限元靜力學/動力學分析以及可靠性計算；結合堆取料機高能耗的特點，采用多學科多目標協同優化策略充分考慮結構與控制參數的最佳匹配關系，同時考慮系統的振動頻率和可靠性的影響；通過構建數字模型對其進行優化，獲得堆取料機的結構與控制的最佳配置關系。

6.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的數據融合系統包含數據擴容模塊和數據轉化模塊；所述的數據擴容模塊以優化后獲得的最優速度曲線為基礎，充分考慮堆取料機和料堆參數之間的關系，進而解得最小能耗下堆取料機的布局方案和電機運行方式；所述的數據轉化模塊將多類型傳感器測得的數據與優化計算的結果進行融合，為所述的孿生仿真系統提供實時數據。

7.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的孿生仿真系統基于所述的優化計算系統和數據融合系統結果，將堆取料機在工作過程中的實時應力、變形、振動及系統能耗進行忠實的映射，進而實現對堆料機的實時監測和性能評估，降低安全隱患和事故的發生；通過調整設計參數和約束條件，實現對堆取料機從產品研發、制造到后期運維的全生命周期管理。

8.如權利要求1所述的一種大型復雜機電裝備的“測-算-控”智能化數字孿生方法，其特征在于，所述的存儲系統是將優化計算系統的結果和孿生仿真系統的結果對其進行保存。