[發明專利]一種復合型機床數字孿生監控系統

在審

• 申請號: 202011128410.6
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112162519A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李春泉;劉羽佳;尚玉玲;王義華;王僑;楊昊;陳雅瓊
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合型機床數字孿生監控系統，其特征在于包括：機床信息模塊、多領域數據采集模塊、數據處理模塊、建模計算模塊、人機交互模塊、個性化服務決策模塊；其中：

機床信息模塊，用于構建、存儲、管理實際復合型機床系統中所涉及部件的信息模型，所述信息模型包括幾何模型、功能信息模型、規則模型、行為模型、性能預測模型、控制邏輯模型；

多領域數據采集模塊，多通道實時接收位置、速度、電流、旋轉速度、負載與電機負載等數據類型，并分別存儲主軸、進給軸、刀具和加工程序相關數據信息，并將數據信息傳輸到數據處理模塊和建模計算模塊；

數據處理模塊，接收實時多領域數據采集模塊傳輸的運行狀態數據信息，并對采集到的數值信息利用大數據技術進行深加工，以消除信號中存在噪聲成分和冗余信息，重新構造新的數據集；

之后，從重構后的數據集中提取時、頻域統計特征，并利用能量值、熵值、譜峭度等指標對特征提取技術分解后的分量信號進行量化；最后對高維特征進行維數約簡，為精準建模以及對運行系統預測性維護做準備；

建模計算模塊，接收實時多領域數據采集模塊傳輸的運行狀態數據信息，并將這些數據融合作為驅動數據，利用約束規則、預測規則、決策規則等關聯在一起，共同形成制造加工設備的數字孿生體，該數字孿生體存在于制造加工設備的整個生命產品周期，并可以動態、真實、實時地反映物理層中制造加工設備的真實狀態；

人機交互模塊，接收實時數據采集模塊發送的機床運行狀態數據，并對實際生產線的運行狀態數據進行處理分析，得到實際運行狀態中涉及的每個部件的實際運行狀態數據；建立一個與實際機床系統相對應的虛擬監控系統，即：數字孿生監控系統，所述數字孿生監控系統通過映射機床信息模型模塊中實際運行中涉及部件所對應的幾何模型實現，所述幾何模型以屬性的形式綁定了部件功能信息模型、規則模型、行為模型、控制邏輯模型和運動控制顯示程序，每個部件的運動控制顯示程序提取該部件對應的實際運行狀態數據后，對該部件對應的實際運行狀態數據進行深度處理，得到虛擬運行狀態監控數據，根據虛擬行狀態監控數據控制幾何模型完成仿真動作，實現對復合型機床運行狀態監控系統的動態仿真；

同時，將該部件對應的狀態數據以圖表形式可視化表達在界面上；

個性化服務決策模塊，機床物理實體通過其數字孿生體動態地跟蹤及反映設備實體的最新狀態，并通過仿真模擬產生相應的決策信息，并利用產生的決策信息對機床物理系統進行監控、優化，最終實現制造加工設備的物理信息與虛擬信息融合及智能化監控。

2.根據權利要求1所述的一種復合型機床數字孿生監控系統，其特征在于：所述機床信息模塊包括幾何模型、功能信息模型、規則模型、行為模型、控制邏輯模型。

3.根據權利要求1所述的一種復合型機床數字孿生監控系統，其特征在于：所述多領域數據采集模塊包括：

數據采集，包括多來源的物理場數據、模型生成數據及虛實融合數據，根據物理場類型的不同，采用不同的傳感器獲取數值信息，如溫度場采用溫度傳感器，電磁場采用霍爾傳感器，結構場采用壓力傳感器等；

數據管理，利用直接采集到的數值信息可以產生繁衍數據信息，最終使得數據信息呈網狀結構，并將數據進行備份、存儲；

數據傳輸，多通道實時接收位置、速度、電流、旋轉速度、負載與電機負載等數據類型，并將數據信息傳輸到數據處理模塊和建模計算模塊，實現各模塊間的通信交互。

4.根據權利要求1所述的一種復合型機床數字孿生監控系統，其特征在于：所述數據處理模塊，接收實時多領域數據采集模塊傳輸的運行狀態數據信息，并對采集到的數值信息利用大數據技術進行深加工，以消除信號中存在噪聲成分和冗余信息，重新構造新的數據集；之后，從重構后的數據集中提取時、頻域統計特征，并利用能量值、熵值、譜峭度等指標對特征提取技術分解后的分量信號進行量化；最后對高維特征進行維數約簡，為精準建模以及對運行系統預測性維護做準備。