[發明專利]一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統

有效

• 申請號: 202011604456.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112633532B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 廖愛華;吳偉濤;胡定玉;師蔚
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06Q10/20
• 分類號: G06Q10/20;G06Q10/0637;G06Q10/04;G06Q50/30;G06F3/01;G06F30/15
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

1.一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，用于實現列車車輪的狀態監測和維修指導，其特征在于，包括環境感知模塊、虛實融合模塊、人機交互模塊、物聯網平臺以及通過物聯網平臺連接的物理空間模塊和虛擬空間模塊，所述的虛實融合模塊分別與環境感知模塊和物聯網平臺連接，所述的人機交互模塊分別與虛擬空間模塊和虛實融合模塊連接；

所述的物理空間模塊包括列車的實際車輪數據，所述的物聯網平臺通過實際車輪數據，建立預測維修模型，并在虛擬空間模塊建立數字孿生模型，所述的環境感知模塊用于獲取維修車間信息，所述的虛實融合模塊根據維修車間信息和預測維修模型，進行虛實融合得到融合維修信息，所述的人機交互模塊分別獲取虛擬空間模塊的數字孿生模型和虛實融合模塊的融合維修信息，用于向維修人員提供列車車輪健康狀態監測和列車車輪維修方案；

所述的預測維修模型包括預測分析模型、車輪鏇修動態規劃模型和鏇修決策優化模型，所述的預測分析模型用于預測車輪的退化趨勢，所述車輪的退化趨勢包括外形尺寸和型面參數的變化，所述的車輪鏇修動態規劃模型用于在預測分析模型的基礎上生成車輪的維修計劃和備件采購計劃，所述的鏇修決策優化模型用于確定車輪的最優鏇修量，所述的物聯網平臺中還包括用于存儲維修知識數據的車輪維修知識庫，所述車輪維修知識庫用于存儲從數據庫請求的維修知識數據，結合預測分析模型、車輪鏇修動態規劃模型和鏇修決策優化模型的分析結果，輸出對應的維修操作方案；

所述的物聯網平臺根據預測分析模型的輸出結果得到車輪退化趨勢，根據車輪鏇修動態規劃模型和鏇修決策優化模型的輸出結果以及車輪維修知識庫中的維修知識數據，得到車輪鏇修或更換方案。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，其特征在于，所述的物聯網平臺包括依次連接的數據傳輸模塊、數據存儲及融合模塊和計算機分析模塊，所述的數據傳輸模塊與物理空間模塊連接，用于采集實際車輪數據，所述的數據存儲及融合模塊用于接收數據傳輸模塊，并進行數據融合，所述的計算機分析模塊分別與虛實融合模塊和虛擬空間模塊連接，用于建立預測維修模型，并在虛擬空間模塊建立數字孿生模型。

3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，其特征在于，所述的人機交互模塊包括GUI交互面板以及MR可視化頭戴裝置，所述的環境感知模塊還與人機交互模塊的MR可視化頭戴裝置連接，用于根據MR可視化頭戴裝置的攝像頭采集的信息，進行目標識別、場景重建和位姿解算；

所述的虛實融合模塊獲取車輪退化趨勢和車輪鏇修或更換方案，并獲取環境感知模塊目標識別、場景重建和位姿解算的結果，進行虛實融合，得到融合維修信息，并傳送至MR可視化頭戴裝置進行展示，向維修人員提供列車車輪維修方案。

4.根據權利要求3所述的一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，其特征在于，所述的虛實融合模塊分別通過MR空間坐標匹配和自然特征點匹配進行虛實融合。

5.根據權利要求1或2所述的一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，其特征在于，所述的實際車輪數據包括離線數據和在線數據，所述的狀態監測包括列車車輪靜態模型、列車車輪動態模型和虛擬特征三維模型，所述的列車車輪靜態模型通過車輪離線材料參數和車輪在線幾何參數建立，所述的列車車輪動態模型通過在線監測數據和運行環境參數建立，所述的虛擬特征三維模型通過預測退化趨勢建立。

6.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生技術的列車車輪維修管理系統，其特征在于，所述的離線數據包括車輪幾何參數和車輪故障缺陷數據，所述的在線數據包括車輪運行數據。