[發明專利]一種基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法

有效

• 申請號: 202110046220.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112762100B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 趙彥玲;張經緯;周恩雯
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: F16C41/00
• 分類號: F16C41/00;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G08B21/18;G01M13/04;G01M13/045;G01K13/00
• 代理公司: 常州市權航專利代理有限公司 32280
• 代理人: 劉洋

1.一種基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：構建軸承數字孿生體；

步驟二：對建立的軸承數字孿生體進行服役狀態下的仿真修正；

步驟三：運用修正后的軸承數字孿生體進行全生命周期監測和預警；

所述步驟三具體為：

步驟3-1：將步驟二中完善的軸承數字孿生體在unity3D中進行實時動態仿真，所述實時動態仿真與服役狀態下軸承實時同步，實時運算形成數據；

步驟3-2：將步驟3-1中所述的實時運算數據運用神經網絡算法進行服役狀態下預測，所述神經網絡算法通過實時數據對軸承數字孿生體不斷學習、完善，實現對軸承服役狀態的監測及預警；

所述神經網絡算法為脈沖神經網絡；

所述脈沖神經網絡通過實時數據對軸承數字孿生體不斷學習、完善這一事件的瞬時突觸交互模式的事件驅動模擬算法為：

輸入：步驟3-1中實時動態仿真脈沖序列、需要判斷的模擬周期T；

輸出：神經網絡神經元發放的軸承性能信號的脈沖序列；

（1）由步驟3-1中實時動態仿真脈沖序列初始化隊列中的軸承數字孿生體仿真結果的脈沖事件；

（2）當實時動態仿真脈沖序列初始化隊列不空，即發生的時刻t＜需要判斷的模擬周期T時，開始執行；

（3）提取動態仿真脈沖序列中時序最小的脈沖事件，即軸承數字孿生體發生變化的時刻t、發生時刻t時的目標神經元i、孿生體變化權值w；

（4）計算t時刻神經元i的狀態，即判斷此時刻軸承性能狀態；

（5）更新神經元i狀態，更新過程中神經元i與權值w進行相加計算，達到收斂，減小由于程序計算造成的誤差，并記錄t時刻及對此事件進行預警；

（6）如果發生時刻t時的目標神經元i大于上一時刻t₁的變化值i₁，執行下一步；

（7）為每個發生時刻t時的目標神經元i進行迭代運算；

（8）在隊列中插入脈沖事件，即將軸承性能突發事件加入預測隊列中；

（9）結束；

（10）復位神經元i的狀態；

（11）如果計算沒結束；

（12）循環步驟。

2.如權利要求1所述的基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法，其特征在于：所述步驟一具體為：

步驟1-1：采集所監測軸承的物理特征；

步驟1-2：通過溫度傳感器、速度傳感器及振動傳感器采集服役狀態下軸承運轉數據，并記錄軸承服役環境；

步驟1-3：根據步驟1-1和步驟1-2中采集的軸承物理特征、軸承運轉數據和軸承服役環境，在unity3D中建立軸承數字孿生體。

3.如權利要求2所述的基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法，其特征在于：所述軸承物理特征包括：軸承內徑、軸承外徑、軸承內圈厚度、軸承外圈厚度、動載荷、靜載荷、脂潤滑限速、油潤滑限速、接觸角、滾動體數量、保持架參數和軸承裝配參數；所述軸承裝配參數包括：軸承安裝位置、軸承安裝精度和軸承安裝方式；

所述軸承運轉數據包括：軸承運轉時的內圈實時溫度、滾動體實時溫度、保持架實時溫度、內圈實時角速度、滾動體及保持架實時角速度、內圈實時振動頻率、滾動體及保持架實時振動頻率和外圈實時振動頻率；

所述軸承服役環境包括：載荷大小、環境濕度和環境溫度。

4.如權利要求1所述的基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法，其特征在于：所述步驟二具體為：

步驟2-1：運用步驟1-2所述的軸承運轉數據對軸承數字孿生體進行仿真修正，將輸出的數據與傳感器數據進行逆向比對；

步驟2-2：將逆向對比的差異作為修正系數完善在unity3D中建立的軸承數字孿生體上。

5.如權利要求4所述的基于數字孿生的軸承全生命周期監測方法，其特征在于：所述步驟2-2中的修正系數是非線性的。