[发明专利]面向重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法

权利要求书

1.一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，该方法基于一体化数字孪生系统实现，所述一体化数字孪生系统包括物理装备系统、数据解码系统、数据通信系统、数据处理系统、数值计算系统、数据融合系统、孪生仿真系统以及数据存储系统八部分实现；针对物理装备系统，遴选需重点监测的关键零部件，抽象提取装备的输入量、需求未知量，并在相应位置分别布置适合的传感器采集物理装备的多种数据信息；利用所述数据解码系统，对多种数据信息进行译码解码；将解码后的数据信息通过所述数据通信系统传输至所述数据处理系统进行数据的清洗、约简，得到可用的关键传感数据；将得到的关键传感数据导入所述数值计算系统分析求解，所得结果与所述数据处理系统中得到的约简数据一同传入所述数据融合系统，完成多源、异维数据的融合，得到最终的渲染数据；在孪生仿真系统中借助计算机图形技术将所得数据渲染映射为物理设备的高保真孪生体，提供直观、可信、与物理装备实体高度一致的内在结构性能孪生映射；在整个系统架构中，所述数据处理系统精简后的数据、所述数值计算系统中的结果数据、所述数据融合系统中的融合数据以及所述孪生仿真系统中的高保真模型数据都需要借助数据存储系统保存在不同数据库中，作为重要的历史数据对孪生体的预测模型进行纠偏、修正以及优化。

2.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，所述的物理装备系统包括作业模块、控制模块、感知模块、供电模块；所述作业模块是装备产品完成自身操作任务的主要单元，在装备产品的运作过程中与外界交互；所述控制模块包括工业控制器，用于对装备产品的不同作业模块的行为完成机电液控制；所述感知模块包括多类型工业传感器，用于监测收集装备产品各关键零部件的实时作业数据；所述供电模块用于提供整个数字孪生技术所搭建系统的电力供应。

3.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，因装备的实际作业动态与信息需安装多种传感器才可精确获取，所述的数据解码系统为针对不同传感器数据的集成解码系统；利用AI算法完成传感器数据降噪并减少累积误差造成的漂移，保障源头数据的保真度；对不同格式的传感器数据信息进行分类，提取物理装备系统中感知模块回传数据中的关键信息；该系统可完成传感器数据的初步清洗、分类以及简单计算。

4.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据通信系统对所述数据解码系统的多源数据进行转接与发送；针对传感器采集的各类动态信号，完成有线、无线、边缘端、云端多类型、多端数据信息的传输。

5.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据处理系统分为边缘计算模块、云计算模块，针对不同类型的作业数据合理选择使用“云边分离”或“云边结合”的计算方式实现最优处理，将所述数据通信系统从物理世界传递到虚拟世界的异构数据清洗、约简、统一格式，为所述数值计算系统提供轻量、标准化的输入数据。

6.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，所述的数值计算系统包括多种数值解算模块、大数据约简模块；所述数值解算模块需依赖所述数据处理系统中的边缘计算模块与云计算模块，以所述数据处理系统处理后的数据为输入，利用数值方法实时解算微分方程，得到装备各关键监测部位内在结构性能的数值解；所述大数据约简模块用于对所述数值解算模块计算出的大量数据进行降维、约简，保障数据运算能够实时、快速地响应到所述数据融合系统。

7.根据权利要求1所述的一种重大装备或关键部件的“形-性”一体化数字孪生方法，其特征在于，所述的数据融合系统包括数据扩容模块、多类型数据转化模块；所述数据扩容模块需以所述数值计算系统求得的数据为依据，解得装备的全局高保真性能数据；所述多类型数据转化模块将所述数据处理系统结果与所述数值计算系统结果统一融合，保障多种数据的格式、编码统一，为所述孪生仿真系统提供可实时渲染的数据。