[发明专利]一种数字孪生装备构建方法和系统

权利要求书

1.一种数字孪生装备构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）、进行装备极端工况下孪生数据非破坏性获取，完成装备极端工况下孪生数据的时空特征分析，并实现极端工况下孪生数据的生成；

所述步骤（1）、进行装备极端工况下孪生数据非破坏性获取，完成装备极端工况下孪生数据的时空特征分析，并实现极端工况下孪生数据的生成，具体实现如下：

（1.1） 针对装备在正常工况与极端工况下数据监测机制存在差异、装备在极端工况下部分关键数据无法非破坏性获取的现状，基于装备在正常工况下监测到的数据，并结合装备在极端工况下的工艺及性能，利用时空特征和数理机理分析实现对装备极端工况下孪生数据的推理；

（1.2） 构建装备极端工况下工艺和性能数字孪生模型，将推理生成的装备极端工况下孪生数据作为该模型的输入，并对该模型的输出做统计分析，进而剔除与装备极端工况下工艺和性能差异交大的孪生数据，并最终实现装备极端工况下孪生数据的生成；

步骤（2）、装备数字孪生决策模型动态演化，首先构建装备的多时空尺度数字孪生决策模型，然后基于装备正常工况下实测数据和极端工况下孪生数据完成模型的迭代优化和验证；

步骤（3）、进行装备软硬一体化控制。

2.根据权利要求1所述的一种数字孪生装备构建方法，其特征在于，所述步骤（2）、装备数字孪生决策模型动态演化，首先构建装备的多时空尺度数字孪生决策模型，然后基于装备正常工况下实测数据和极端工况下孪生数据完成模型的迭代优化和验证，具体实现如下：

（2.1） 从多时间和多空间两个尺度构建装备数字孪生决策模型，其中多时间尺度表现为装备从工艺开始到工艺结束整个期间；多空间尺度表现为装备作为单个设备完成某种工艺、作为复杂设备中的一部分完成某种工艺；最后构建出覆盖多时间尺度和多空间尺度的装备数字孪生决策模型；

（2.2） 将装备正常工况下实测数据和步骤（1）中得到极端工况下孪生数据分别作为装备数字孪生决策模型的输入，通过判断其输出与装备实际决策响应之间的差异，完成对装备数字孪生决策模型的迭代优化和验证。

3.根据权利要求1所述的一种数字孪生装备构建方法，其特征在于，所述步骤（3）、装备软硬一体化控制，具体实现如下：

（3.1） 分别将装备极端工况下孪生数据生成算法、装备数字孪生决策模型动态演化算法封装成FPGA IP核，该IP核对外接口至少包括使能、时钟、数据总线、工艺参数总线、性能参数总线，同时能够被FPGA硬件逻辑和MicroBlaze软核调用；

（3.2） 利用FPGA完成对上述IP核的调用，并完成用户对工艺参数和性能参数的配置，最终研制装备软硬一体化控制硬件并嵌入到装备控制单元中，实现对装备的精准决策控制。

4.一种数字孪生装备构建系统，其特征在于，包括：

装备极端工况下孪生数据非破坏性获取模块，该模块完成装备极端工况下孪生数据的时空特征分析，并实现极端工况下孪生数据的生成；具体实现如下：

（1.1） 针对装备在正常工况与极端工况下数据监测机制存在差异、装备在极端工况下部分关键数据无法非破坏性获取的现状，基于装备在正常工况下监测到的数据，并结合装备在极端工况下的工艺及性能，利用时空特征和数理机理分析实现对装备极端工况下孪生数据的推理；

（1.2） 构建装备极端工况下工艺和性能数字孪生模型，将推理生成的装备极端工况下孪生数据作为该模型的输入，并对该模型的输出做统计分析，进而剔除与装备极端工况下工艺和性能差异交大的孪生数据，并最终实现装备极端工况下孪生数据的生成；

装备数字孪生决策模型动态演化模块，该模块首先构建装备的多时空尺度数字孪生决策模型，然后基于装备正常工况下实测数据和极端工况下孪生数据完成模型的迭代优化和验证；

装备软硬一体化控制模块。