[发明专利]一种基于数字孪生技术的设备预测性维护系统及方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的设备预测性维护系统，其特征在于，包括：

通信模块，用于完成所有设备的数据实时连接；

协议转换模块，用于统一不同协议标准的工业设备；

三维场景模块，用于对工业设备进行高精度三维建模还原；

引擎渲染模块，用于加载静态三维模型数据，并赋予特定物理的、几何的、行为的、规则的各方面属性；

数据融合模块，用于将预测性维护算法导入到数字孪生平台提供计算，驱动数字孪生体的更新；

可视化模块，用于调用仿真结果进行可视化展示与体验。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护系统，其特征在于，所述通信模块和协议转换模块共同构成数字孪生系统的物理信息层；物理信息层作用于故障诊断和预测的实体工业设备以及安装在其各个部位的传感器之上，是系统的基础；物理信息层用于收集工业设备在生产过程中的各种状态及信号，完成对数据的收集、传输以及计算，产生的数据是数字孪生体的驱动力。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护系统，其特征在于，所述三维场景还原模块、引擎渲染模块和数据融合模块共同构成系统的数字仿真层，数字仿真层用于完成实体工业设备和虚拟数字孪生体的映射，生成相应的三维数字模型。

4.一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，包括：

对需要预测性维护的工业设备对象建立物理信息层；

构建静态数字孪生体；

构建动态智慧数字孪生体；

数据融合操作；

构建数字孪生平台；

构建应用功能层。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述对需要预测性维护的工业设备对象建立物理信息层，构建过程包括：对安装在实体工业设备及其各个部位的传感器进行数据采集，数据类型包括震动、温度、声音、电流、电压、位移及其他多维度信息，数据范围包括设备状态历史数据、设备故障数据、设备维护记录数据；协议转换模块负责统一主流协议完成结构化数据传输，实现多源异构数据的接入能力，最终以SDK调用的方式完成非结构化数据的通信。

6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述构建静态数字孪生体，构建过程从小到大依次为：工业设备关键部件模型、设备生产线模型和整个工厂环境的数字化场景模型，建立三维数字模型应包含每台工业设备的几何外形尺寸和组装位置关系，要求模型外观形状与实体设备相似，动态运行参数、状态数据与实体工业设备保持实时同步。

7.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述构建动态智慧数字孪生体依靠数字孪生技术，通过Unreal引擎软件导入构建的静态数字模型，并赋予其特定物理的、几何的、行为的、规则的各方面动态属性，能够动态地反应实体工业设备的各种运行状态。

8.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述数据融合操作，包括：多维异构数据在应用到数字孪生体之前需要对数据进行清洗、转换处理；统一数据源中异构数据的格式，并对无意义的数据进行剔除，同时输入到数字孪生体中，确保实体工业设备和虚拟数字设备的统一，根据数据特征点的提取从而获取到引起故障的特征值，存储到创建的动态智慧数字孪生体中，形成数字孪生体自有的故障知识库。

9.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述构建数字孪生平台，包括：采集到的物理信息数据经过数据融合操作后，传递到动态数字孪生体中进行算法计算，供其进行预测分析当前状态；使数字孪生体能实时接收到工业实体设备传输的生产数据，根据自有故障知识库不断进行预测性维护计算。

10.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的设备预测性维护方法，其特征在于，所述构建应用功能层，包括：通过可视化界面观察到虚拟设备的当前运行情况和预测性维护的结果，同时实现实体工业设备和数字孪生平台的链路互通，用户可输入不同的参数，通过智慧数字孪生平台的计算，模拟仿真出不同的设备运行结果，让工业实体设备反过来也能实时接收到数字孪生平台处理的控制信号，主动调节工业设备运行参数。