[发明专利]一种基于数字孪生的铸锻双控成型系统及参数优化方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生的铸锻双控成型系统，包括物理实体系统，其特征在于：该系统还包括数据感知系统、网络传输系统和数字孪生系统；

数据感知系统采集物理实体系统运行过程中的信息数据，并通过网络传输系统将信息传送到数字孪生系统；在数字孪生系统中建立物理实体的虚拟模型并进行铸锻双控成型过程的动态仿真模拟，实现虚实交互映射；对铸锻双控成型的关键工艺参数进行智能寻优调节，并将优化方案反馈到生产过程中指导实际生产运行，改进生产工艺的闭环优化管理；

物理实体系统中的上下模具采用QRO-90热作模具钢，化学成分为：0.38％碳C、0.75％锰Mn、0.30％硅Si、0.75％铬Cr、0.90％钒V、2.25％钼Mo、0.01％磷P和0.009％硫S，其余为铁Fe；

在铸锻成型过程中，上下模具的脱模剂采用无硅水性脱模剂进行脱模，脱模剂涂层的厚度为40～80μm；

所述数字孪生系统实现铸锻孪生模型的创建及动态显示，数据融合分析和工艺参数智能优化；通过网络传输系统的网络与接口形成与物理实体系统的所有在制品及制造资源之间的相互映射关系，实现铸锻双控成型过程及其制造资源的虚拟化仿真建模与展示，以及与数字孪生系统其他模块的数据交互，实现信息交换和闭环优化；

铸锻双控成形过程的虚拟化仿真模拟采用Procast与Deform软件进行处理，预判成型过程中可能出现的质量缺陷，并给出对应的改进措施，实现虚拟空间与物理实体的交互映射，便于开展离线操作培训和在线生产指导；

数字孪生系统中数据融合模块对采集的多源、异构、高噪声、多尺度数据进行清洗融合，去除数据噪声和干扰，保留有用信号，然后通过数据归一化处理对数据标准化和离散化，形成统一的数据系统便于后续的数据挖掘处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的铸锻双控成型系统，其特征在于：所述脱模剂涂层的厚度为60μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的铸锻双控成型系统，其特征在于：所述网络传输系统包括生产车间传输网络及相应的网络路由、数据通讯接口、人机交互接口和云数据库；

网络传输支持局域网、LAN、WiFi、Zigbee、Bluetooth、5G、RFID和GPS的传输协议；

通过网络和接口标准化接入各物理资源，将其虚拟化为网络中的资源节点，以实现生产车间内物理实体信息的泛在互联，并与虚拟空间进行交互映射。

4.基于权利要求1～3中任一项所述系统的参数优化方法，其特征在于：该方法为：

选取金属液浇注温度、模具预热温度、充型速度、铸锻压力及保压时间5个参数，以铸件重量、表面缺陷和抗拉强度3个参数为优化目标，构建工艺参数的优化模型如下：

式中，x₁为金属液浇注温度，x₂为模具预热温度，x₃为充型速度，x₄为铸锻压力，x₅为保压时间；b_i和a_i分别为对应输入变量x_i(i＝1,2,...,5)的取值上下限；f₁(x)为铸件重量目标函数，f₂(x)为表面缺陷目标函数，f₃(x)为抗拉强度目标函数；

采用加权组合法对各目标函数赋予不同的权重值，以消除不同量纲的影响；

通过权重系数α将多目标优化难题转换成单目标优化问题，转化后的统一目标函数如下：

F(x)＝min[f₁(x),f₂(x),f₃(x)]＝α₁f₁(x)+α₂f₂(x)+α₃f₃(x) (2)

式中α_i(i＝1,2,3)为单目标输出值的权重系数，由如下关系确定其取值；

式中c,d分别为单目标输出值f_i(x)的变化范围；

基于对选定的参数和优化目标，根据数据感知系统采集的相关数据，采用智能算法进行寻优。