[发明专利]一种数字孪生驱动的制造装备研发方法及系统

说明书

本发明公开了一种数字孪生驱动的制造装备研发方法及系统，涉及数字孪生技术领域，包括：制造装备方案设计；构建制造装备和制造系统的数字孪生模型；基于模型进化机制对数字孪生模型进行精准化处理，得到高保真数字孪生模型；其中，模型进化机制包括基于点云重建的数字孪生模型进化机制、基于分形理论的数字孪生模型进化机制和基于性能衰减更新的模型进化机制；验证制造装备设计方案。本发明基于数字孪生技术，并配合模型进化机制能够得到高保真数字孪生模型，借助该高保真模型将物理样机制造阶段纳入到数字空间，从而可以摆脱物理样机的束缚，缩短制造装备研发周期，提高制造装备的研发效率。

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，尤其涉及一种数字孪生驱动的制造装备研发方法及系统。

背景技术

制造装备的设计阶段和样机制造阶段在设计过程中通常需要很长的时间，同时会产生很高的成本。尤其在装备物理样机的制造阶段，费时费力，成本较高。常规制造装备研发流程无法满足用户对制造装备快速交付的需求，因此，改善常规制造装备研发流程，降低物理样机制造阶段的时间和金钱成本，具有十分重要的意义。

由于数字孪生因能够实现数字驱动、云化制造，受到越来越多的关注。通过高保真模型仿真数据和实测数据之间的信息交互融合，对虚拟模型进行不断更新，使得虚拟模型能都成为物理实体的准确实施映射，进而代替物理实体，然而，设计装备设计阶段没有物理实体，该方法不适用于装备设计阶段。目前将数字孪生技术在装备研发方面的应用尚未展开探索，并且存在着脱离物理实体的数据无法建立高保真的数字孪生模型的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种数字孪生驱动的制造装备研发方法及系统，基于数字孪生技术，并配合模型进化机制能够得到高保真数字孪生模型，将装备设计阶段的物理样机阶段纳入数字空间，从而摆脱物理样机的束缚，提高制造装备的研发效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种数字孪生驱动的制造装备研发方法，包括制造装备的高保真数字孪生模型构建：

构建制造装备数字孪生模型；

基于模型进化机制对制造装备数字孪生模型进行精准化处理，得到高保真数字孪生模型，即模型的仿真结果和精度满足设计要求；

其中，模型进化机制包括基于点云重建的数字孪生模型进化机制、基于分形理论的数字孪生模型进化机制和基于性能衰减更新的模型进化机制。

作为进一步的实现方式，所述基于点云重建的数字孪生模型进化机制包括：

获取零部件表面三维形貌的点云数据，并对点云数据进行预处理；

在建模环境中，基于预处理后的点云数据重建零部件接触面，该接触面具有粗糙度特征。

作为进一步的实现方式，所述基于分形理论的数字孪生模型进化机制包括：

获取零部件接触面的形貌特征，计算接触面的分形维数以重建接触面的三维形貌；

获取接触面的三维形貌特征数据集，并在建模环境中，完成粗糙度表面重建工作。

作为进一步的实现方式，所述建模环境为CAD或CAE。

作为进一步的实现方式，所述基于性能衰减更新的模型进化机制包括：

利用质量数据识别性能参数，对零部件模型性能进行衰减更新；

将更新的零部件模型与未发生性能状态变化模型组装配合，构建涵盖性能衰减变化的动态设备数字孪生模型；

对动态设备数字孪生模型进行一致性验证，当一致性程度不高时调整模型参数对模型进行校正，获取高保真数字孪生模型。