[发明专利]一种棒材轧钢车间轧机轧辊车床的数字孪生建模方法

说明书

本发明公开一种棒材轧钢车间轧机轧辊车床的数字孪生建模方法。包括物理空间、数字孪生数字空间和数字孪生映射模型，数字孪生数字空间通过数字孪生映射模型与物理空间进行连接；数据传感器安装在数控机床上，数据传感器通过不同的数据接口与数控系统连接，数控系统通过数字孪生映射模型进行相关数据的采集与协议的解析；数字孪生数字空间包括数字孪生描述模型、数字孪生智能化模型，数字孪生智能化模型通过数据分析与决策，实现数控机床数字孪生的智能化服务。该建模方法采用多领域统一建模语言Modelica，使得所建立的数字孪生描述模型具有多领域统一建模、数学方程化、面向对象的特点，可以更加真实的反映复杂机电系统的本质关系。

技术领域

本发明涉及一种短应力轧机轧辊机床床数字孪生建模方法，具体涉及一种多领域的、面向对象的、基于部件的短应力轧机数字模型的建模方法，属于设备智能化与数字化技术领域。

背景技术

机床是制造系统的母机，是制造行业的根基，是国力是否强盛的一个重要标志。但是目前数控机床的智能化与数字化水平还比较低。“工业4.0”与“中国制造2025”的实施，都需要制造设备的数字化与智能化的支持。如何根据其先进理念的指导，在工业化与信息化融合的背景下，提高数控机床的智能化与数字化水平，是智能制造的一个关键问题。

目前有关数控机床的建模方法多局限于某一方面的建模方法，例如中国专利文献CN104483900A公开了一种半闭环控制数控机床滚珠丝杠进给系统定位误差建模方法，该方法主要解决了因环境温度与丝杠工作温度的变化导致进给系统定位误差预测的问题，其关键之处在于考虑了丝杠不同的安装支承方式对进给系统热误差的影响，通过多元线性回归理论建立了数控机床滚珠丝杠进给系统定位误差预测模型。再比如中国专利文献CN102478786A公开了一种五轴数控机床建模和装配方法，该方法对单个零件进行三维建模步骤，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形；装配步骤，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配。

但经检索发现，尚未有关于针对多领域的、面向对象的、基于组件的机床数字模型建模方法的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种棒材轧钢车间轧机轧辊车床的数字孪生建模方法。

为达到上述目的，本发明棒材轧钢车间轧机轧辊车床的数字孪生建模方法，包括物理空间、数字孪生数字空间和数字孪生映射模型，数字孪生数字空间通过数字孪生映射模型与物理空间进行连接；其中，所述物理空间包括数控机床、数据传感器和数控系统，数据传感器安装在数控机床上，数据传感器通过不同的数据接口与数控系统连接，数控系统通过数字孪生映射模型进行相关数据的采集与协议的解析；所述数字孪生数字空间包括数字孪生描述模型、数字孪生智能化模型，数字孪生智能化模型通过数据分析与决策，实现数控机床数字孪生的智能化服务。

优选的，所述数字孪生描述模型是基于多领域统一建模语言Modelica、利用面向对象的方式构建。

优选的，所述数字孪生智能化模型包括运行状态数据库、知识库和推理机，其中运行状态数据库是基于列式数据库HBase进行数据的存储，知识库和推理机是利用TensorFlow搭建机器学习模型提供支持。

优选的，所述数字孪生描述模型主要包括机械子系统、电气子系统和液压子系统，各个子系统之间通过能量转换器进行连接，子系统内部通过模型件接口进行集成。

优选的，所述数字孪生智能化模型的分析决策结果通过外部接口连接到数字孪生描述模型上，数字孪生描述模型和数字孪生智能化模型都通过数字孪生映射模型与物理空间进行数据的交互和通讯。