[发明专利]一种基于数字孪生的热连轧轧制过程监控预警方法在审

专利信息
申请号: 202110173217.2 申请日: 2021-02-09
公开(公告)号: CN112507573A 公开(公告)日: 2021-03-16
发明(设计)人: 刘烁;李越朗;韩璧保;张鸿源;彭文;孙杰;张殿华 申请(专利权)人: 东北大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06F119/02
代理公司: 沈阳东大知识产权代理有限公司 21109 代理人: 李珉
地址: 110819 辽宁*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 数字 孪生 轧轧 过程 监控 预警 方法
【说明书】:

发明提供一种基于数字孪生的热连轧轧制过程监控预警方法,涉及轧制流程智能制造技术领域。该方法首先建立热连轧轧制过程在虚拟端的三维实体模型和工艺模型;获取已有的热连轧生产过程数据存储到数据库中,建立数据库中数据与虚拟端的三维实体模型间对应关系;然后使用工艺模型利用热连轧实际生产过程数据进行计算,并对计算值进行判断,根据判断结果给出预警;进一步将热连轧实际生产过程数据、工艺模型计算值数据和判断结果数据存入数据库,建立热连轧实际生产过程数据与虚拟生产设备间的动作对应关系,在虚拟端对生产过程进行立体呈现,完成热连轧轧制过程数字孪生的构建,数字孪生过程按照固定的通讯周期不断进行,直至轧件产品生产完毕。

技术领域

本发明涉及轧制流程智能制造技术领域,尤其涉及一种基于数字孪生的热连轧轧制过程监控预警方法。

背景技术

数字孪生(Digital Twin)技术最早由美国国防部提出,用于航空航天飞行器的健康维护与保障。其通过在数字空间建立真实飞机的模型,通过传感器实现与飞机真实状态完全同步,这样每次飞行后,根据飞机结构现有情况和过往载荷,及时分析评估是否需要维修,能否承受下次的任务载荷等。数字孪生充分利用物理模型、传感器更新、历史数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

数字孪生目前在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设领域关注度高,在智能制造领域也逐渐受到广泛的重视。热连轧生产过程是典型的串行生产流程,随着轧制过程的进行,轧件在不同的时刻发生着不同的物理化学变化过程,例如,轧件温度、三维尺寸(轧件长度、厚度)等随时间不断发生变化,由于测量环境和安装成本的限制,不能在生产线的各位置都安装测量仪表,仅能在特定工艺节点位置安装测量仪表,导致生产过程中的轧件尺寸变化和部分质量指标难以用实时测量,无法实现生产过程的实际监控,不利于产品质量和生产过程的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种基于数字孪生的热连轧轧制过程监控预警方法,实现对热连轧轧制过程的监控预警。

为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种基于数字孪生的热连轧轧制过程监控预警方法,利用建模软件,根据热连轧生产设备结构和轧件尺寸,在虚拟端构建虚拟生产设备模型和虚拟轧件模型,同时根据热连轧生产工艺流程建立工艺模型,使用工艺模型利用现场热连轧生产过程数据进行计算,并对计算值进行判断,根据判断结果给出预警;进一步将热连轧生产过程数据、工艺模型计算值数据和判断结果数据一起存入数据库,并建立这些数据与虚拟生产设备间的动作对应关系,在虚拟端对热连轧生产过程的设备动作、轧件尺寸及位置进行立体呈现,完成热连轧轧制过程数字孪生的构建,数字孪生过程按照固定的通讯周期不断进行,直至轧件产品生产完毕;具体包括以下步骤:

步骤1:建立热连轧轧制过程在虚拟端的三维实体模型和工艺模型;所述三维实体模型包括热连轧设备三维模型、轧件三维模型及质量指标指示灯模型;

步骤1.1:根据热连轧设备机械结构,建立热连轧设备三维模型;

步骤1.2:根据进入热连轧设备前的轧件尺寸,建立轧件三维模型;

步骤1.3:建立热连轧生产过程质量指标指示灯模型;

步骤1.4:建立热连轧轧制过程工艺模型,包括厚度工艺模型和长度工艺模型;

步骤2:获取已有的热连轧生产过程数据,并将热连轧生产过程数据存储到数据库中,同时建立数据库中数据与虚拟端的三维实体模型间对应关系,并使用动画效果显示;所述热连轧生产过程数据包括轧制力大小、辊缝位置和轧辊转速;

步骤3:采集现场热连轧实际生产过程数据,按照数据库与工艺模型之间的通讯周期,依次触发工艺模型计算轧制结果数据,并将轧制结果数据传送到质量指标指示灯模型;质量指标指示灯模型判断工艺模型计算的轧制结果数据是否满足工艺指标,得到质量指标数据,并根据质量指标数据控制指示灯进行预警;

步骤4:将现场热连轧实际生产过程数据、工艺模型计算的轧制结果数据和质量指标数据存入数据库;

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