[发明专利]一种液位挥发类产品的可靠性数字孪生模型

说明书

本发明涉及一种液位挥发类产品的可靠性数字孪生模型。它包含五大步骤：(1)建立数据采集模块；(2)建立数据管理模块；(3)建立虚拟空间运算模块；(4)建立模型进化模块；(5)建立可视化模块。基于本发明可以实时预测液位挥发类产品的液位信息，进而预测其剩余寿命，解决现阶段难以实时预测液位高度的难题。

所属技术领域

本发明提供一种液位挥发类产品的可靠性数字孪生模型，它是一种借助历史数据、实时数据以及算法模型，预测液位挥发类产品液位信息，进而预测产品剩余寿命的模型。本发明属于可靠性工程技术领域。

背景技术

液位挥发类产品泛指随着时间累积，容器内含的液体逐渐挥发，并影响到产品性能的一类产品，由于环境条件苛刻，一般难以直接测量产品的液位高度。目前关于液体挥发模型的研究主要有道尔顿蒸发模型及彭曼蒸发模型，而经后人研究表明，这两种模型准确度较差，无法实时预测产品的液位高度。因此需要针对液位挥发类产品建立一套精准的挥发模型，能够实时监控产品液位信息，从而保证液位挥发类产品剩余寿命预测的准确性。

数字孪生技术是一个综合多学科、全尺度、大概率数据的仿真技术，本文拟结合该技术，建立液位挥发类产品可靠性数字孪生体，通过数字孪生体与物理实体的映射关系，实时预测对应物理实体的剩余寿命。

发明内容

本发明的目的是建立液位挥发类产品的可靠性数字孪生体模型，以实现对液位挥发类产品的各项工作及可靠性参数的实时监控、预测和评估，解决难以对液位挥发类产品进行实时监测和寿命预测的问题，主要包含以下步骤：

步骤一：建立数据采集模块。

数据采集模块通过提前或实时读取产品全寿命周期的各类数据与实际产品产生交互功能，数据采集模块包含以下几类数据：

(1)产品的设计信息：来源于产品设计部门使用的数字化工业设计平台，包括物理信息、功能信息、性能信息、需求信息以及可靠性信息，在数字孪生模型构建初期由设计人员输入进孪生体内部。

(2)产品的环境信息：来源于加装在产品上的温度传感器、湿度传感器获得的实时产品使用环境数据，并通过单片机将实时的环境数据上传至计算机供后续计算处理。

(3)产品的状态信息：即由传感器采集的产品实际性能退化信息，通过单片机与不同功能模块相连，经过编程烧录实现对各模块的控制，实现相应的数据传输或者功能实现。

(4)产品的维修信息：包括预防性维修信息以及修复性维修信息，来源于产品日常实际的维修维护数据。

步骤二：建立数据管理模块。

数据管理模块通过调用运算模块进行计算，并在计算后收集计算结果。按照数据类别不同，可分为三类：

(1)采集类数据：来源于“数据采集模块”，包括产品设计信息、环境信息、状态信息以及维修信息。

(2)模型类数据：来源于产品设计以及可靠性孪生体进化，包括液位挥发速率模型、可靠性预测模型以及产品三维物理模型。针对使用过程中产品产生的新需求，数据管理模块通过调用虚拟空间运算模块，可以在孪生体内部搭建新的模型，实现孪生体内部模型的进化。

(3)计算类数据：来源于“虚拟空间运算模块”，即通过孪生体运算模块得到的产品数据，包括退化量、液位高度以及剩余寿命信息。

步骤三：建立虚拟空间运算模块。

虚拟空间运算模块经数据管理模块调用进行计算，并将结果反馈给数据管理模块留作历史计算数据记录，以实现对实际产品的剩余寿命预测，包括以下步骤：

(1)根据道尔顿挥发模型结合液体实际所在地区气压得到产品的挥发速率模型：