[发明专利]一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法

说明书

本发明提供了一种大型复杂机电装备的“测‑算‑控”智能化数字孪生方法，包括物理样机系统、数据通讯系统、数据解码系统、优化计算系统、数据融合系统、孪生仿真系统和存储系统，可以实现大型复杂机电装备从产品研发、制造到后期运维的全生命周期管理，对大型复杂机电装备的性能预估、故障诊断和性能优化具有重要意义。

技术领域

本发明属于智能化数字孪生领域，涉及到一种基于混合有限元法、先进群智能优化算法以及结构-控制协同优化控制技术，面向大型斗轮堆取料机复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生技术。

背景技术

随着从实体到虚拟映射技术的发展，用数字化的方式展现物理世界状态的数字孪生技术应运而生。目前在物流、船舶、航空航天、汽车等领域获得了高速发展，帮助诸多企业完成从产品研发、制造到后期运维的全生命周期管理。斗轮堆取料机是散料料场最大的专用成套设备，它被广泛应用于矿山和港口等场合对散料进行连续转运和装卸作业，具有操作简单、运行速度稳定以及生产效率高等优点。复杂多变的料场环境和斗轮取料机庞大的自身结构使最小能耗下取料机的运行参数设计和性能评估成为棘手问题。结合我国大型斗轮堆取料机的技术现状，目前对各生产要素的模拟、监测、分析等技术不是很完善，尤其是影响堆取料机的学科和参数众多，传统的分析和优化方法已无法高效准确的获得其性能。运用提出的“测-算-控”智能化数字孪生技术可以提前预警堆取料机的产品性能，降低其系统工作能耗，同时对堆取料机的性能优化和故障检测具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种“测-算-控”智能化数字孪生技术，实现对大型复杂机电装备的实时性能优化和故障检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种大型复杂机电装备的“测-算-控”智能化数字孪生方法，包括物理样机系统、数据通讯系统、数据解码系统、优化计算系统、数据融合系统、孪生仿真系统和存储系统其中物理样机系统是利用不同类型传感器来进行多源数据的采集并作为物理样机的关键信息输入量，然后利用所述的数据通讯系统将采集的数据传递给数据解码系统，数据解码系统进行数据的解码、清洗和简化处理，获得物理样机的关键信息并导入所述的优化计算系统中进行机、电、液、控等多学科优化求解，数据融合系统基于优化求解后的结果和系统中历史数据进行数据融合，完成数据的多源、高维、高保真的融合，获得可利用的渲染数据和物理样机的高精度控制方式；在所述的孪生仿真系统中借助图形渲染技术映射为物理样机高精度的孪生体，基于获得的高精度控制方式绘制高保真、直观可信的物理样机内部结构关系变化图，可作为重要的历史数据对后期的孪生体模型进行修正和优化；所述的存储系统是将优化计算的结果和孪生体渲染的结果进行存储。

进一步的，所述的物理样机系统包括堆取料机的行走装置、回转装置、俯仰装置、斗轮装置和配重等。所述的行走装置是堆取料机的基础单元，为监测堆取料机不同位置不同工况的行为提供行走动力；所述的回转装置包括多种不同类型的工业传感器，主要用来对堆取料机进行监测采集不同工况的实时数据；所述的俯仰装置主要用来调节堆取料机的作业高度，用于监测不同取料姿态下的性能；所述的斗轮装置是堆取料机对散料的挖掘取料单元，主要用来收集不同料堆取料时的挖掘阻力；所述的配重主要用来平衡堆取料机在堆取料过程中的受力，通过施加配重可获得优化后的堆取料机在不同工况下的应力、变形等，为孪生体模型的修改和优化提供数据。

所述的数据通讯系统是对采集到的不同类型的数据进行接收和发送。针对不同类型传感器采集到的采集信号，采用CAN总线、WIFI或蓝牙等技术，完成有线和无线的传输。为保证在对数据在传输过程中的关键数据不丢失，在通讯协议遴选时应保证数据传递速率不低于10Gbit/s，最大程度上高效、准确、实时的对数据进行传递。

所述的数据解码系统能够实现对采集到的数据进行解码、数据清洗等功能。对于不同类型的传感器的信息数据进行简单分类，利用先进的AI算法对不同工况采集的数据进行降噪等处理，最大程度上减小累计误差并保证数据的准确性。