[发明专利]一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，用于实现列车车轮的状态监测和维修指导，其特征在于，包括环境感知模块、虚实融合模块、人机交互模块、物联网平台以及通过物联网平台连接的物理空间模块和虚拟空间模块，所述的虚实融合模块分别与环境感知模块和物联网平台连接，所述的人机交互模块分别与虚拟空间模块和虚实融合模块连接；

所述的物理空间模块包括列车的实际车轮数据，所述的物联网平台通过实际车轮数据，建立预测维修模型，并在虚拟空间模块建立数字孪生模型，所述的环境感知模块用于获取维修车间信息，所述的虚实融合模块根据维修车间信息和预测维修模型，进行虚实融合得到融合维修信息，所述的人机交互模块分别获取虚拟空间模块的数字孪生模型和虚实融合模块的融合维修信息，用于向维修人员提供列车车轮健康状态监测和列车车轮维修方案；

所述的预测维修模型包括预测分析模型、车轮镟修动态规划模型和镟修决策优化模型，所述的预测分析模型用于预测车轮的退化趋势，所述车轮的退化趋势包括外形尺寸和型面参数的变化，所述的车轮镟修动态规划模型用于在预测分析模型的基础上生成车轮的维修计划和备件采购计划，所述的镟修决策优化模型用于确定车轮的最优镟修量，所述的物联网平台中还包括用于存储维修知识数据的车轮维修知识库，所述车轮维修知识库用于存储从数据库请求的维修知识数据，结合预测分析模型、车轮镟修动态规划模型和镟修决策优化模型的分析结果，输出对应的维修操作方案；

所述的物联网平台根据预测分析模型的输出结果得到车轮退化趋势，根据车轮镟修动态规划模型和镟修决策优化模型的输出结果以及车轮维修知识库中的维修知识数据，得到车轮镟修或更换方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，其特征在于，所述的物联网平台包括依次连接的数据传输模块、数据存储及融合模块和计算机分析模块，所述的数据传输模块与物理空间模块连接，用于采集实际车轮数据，所述的数据存储及融合模块用于接收数据传输模块，并进行数据融合，所述的计算机分析模块分别与虚实融合模块和虚拟空间模块连接，用于建立预测维修模型，并在虚拟空间模块建立数字孪生模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，其特征在于，所述的人机交互模块包括GUI交互面板以及MR可视化头戴装置，所述的环境感知模块还与人机交互模块的MR可视化头戴装置连接，用于根据MR可视化头戴装置的摄像头采集的信息，进行目标识别、场景重建和位姿解算；

所述的虚实融合模块获取车轮退化趋势和车轮镟修或更换方案，并获取环境感知模块目标识别、场景重建和位姿解算的结果，进行虚实融合，得到融合维修信息，并传送至MR可视化头戴装置进行展示，向维修人员提供列车车轮维修方案。

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，其特征在于，所述的虚实融合模块分别通过MR空间坐标匹配和自然特征点匹配进行虚实融合。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，其特征在于，所述的实际车轮数据包括离线数据和在线数据，所述的状态监测包括列车车轮静态模型、列车车轮动态模型和虚拟特征三维模型，所述的列车车轮静态模型通过车轮离线材料参数和车轮在线几何参数建立，所述的列车车轮动态模型通过在线监测数据和运行环境参数建立，所述的虚拟特征三维模型通过预测退化趋势建立。

6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，其特征在于，所述的离线数据包括车轮几何参数和车轮故障缺陷数据，所述的在线数据包括车轮运行数据。