一种数字孪生模型多维多尺度验证方法技术

本发明专利技术公开了一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，包括如下步骤：步骤(1)、在几何维度，基于测量工具三坐标测量机实现对数字孪生模型几何刻画程度的评估；步骤(2)、在物理维度，针对不同尺度不同对象分析功能/性能验证需求，进而在真实场景或实验室环境下设计实验以开展试验分析，从而实现在物理维度的模型验证；步骤(3)、在行为维度，验证行为的顺发性以及行为响应层面的正确性，采用时序图和状态图对行为模型实现验证；步骤(4)、在规则维度，建立规则模型，使各规则模型具备评估、演化、推理等能力，并利用数据激励方法对规则模型进行验证。本发明专利技术能够为数字孪生模型的验证提供多维验证方法，并一定程度上为数字孪生模型提供有效应用与服务奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生模型多维多尺度验证方法
本专利技术属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种数字孪生模型多维多尺度验证方法。
技术介绍
构建映射物理实体的高保真数字孪生模型是数字孪生落地实践的基础，此处数字孪生模型具备几何-物理-行为-规则多维度以及单元级-系统级-复杂系统级多尺度特征。而数字孪生模型的有效性和正确性是使用数字孪生模型提供高质量服务的重要前提与保证。目前针对数字孪生模型验证方法主要围绕设计相应物理实验开展，专利技术人尚未检索到数字孪生系统中有关于数字孪生模型多维度验证与验证的相关方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种数字孪生模型动态多维多尺度验证方法，该方法适用于具有多维度特征的数字孪生模型。包含设计几何模型验证方法，实现对研究对象几何尺寸等精确度的评估；设计物理模型验证方法，实现对研究对象物理属性等特征的验证；设计行为模型验证方法，实现对研究对象行为顺发性以及行为响应等特征的校验；设计规则模型验证，实现对研究对象疲劳退化等规律的验证。基于多维度验证结果，最终形成对数字孪生模型的综合验证指标，为模型正确性以及有效性提供参考依据。本专利技术能够在一定程度上为数字孪生模型的验证提供多维验证方法指导，并一定程度上为数字孪生模型提供有效应用与服务奠定基础。该方法涵盖了几何模型验证方法设计、物理模型验证方法设计、行为模型验证方法设计、规则模型验证方法设计，能够基于各维度模型验证结果形成针对数字孪生模型的综合验证结果。验证虚拟模型与物理实体一致性的基础上，在一定程度上为数字孪生模型的验证提供多维验证方法指导，并一定程度上为数字孪生模型提供有效应用与服务奠定基础。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，包括如下步骤：步骤(1)、在几何维度，基于测量工具三坐标测量机实现对数字孪生模型几何刻画程度的评估；步骤(2)、在物理维度，针对不同尺度不同对象分析功能/性能验证需求，进而在真实场景或实验室环境下设计实验以开展试验分析，从而实现在物理维度的模型验证；步骤(3)、在行为维度，验证行为的顺发性以及行为响应层面的正确性，采用时序图和状态图来对行为模型实现验证。利用时序图描述系统和环境以及系统各部分之间的相互作用，利用状态图描述系统的状态转移和为响应事件而执行的动作。所述时序图构建的具体流程为：首先确定交互对象，并为每个对象设置生命线，随后从初始消息开始，依次画出消息，并标识消息发生的时间点，最后对时序发生次序的正确性进行判断；所述状态图构建的具体流程为选择初始状态和终结状态，接着明确对象的各种状态并确定状态可能发生的转移，把必要的动作加到状态或转移上，分析状态的并发和同步情况，最终对状态图进行分析判断，从而实现对模型行为响应的刻画与验证；步骤(4)、在规则维度，建立规则模型，对物理车间及其模型在几何、物理、行为多个层面上反映的规律规则进行刻画，并将其映射到相应的规则模型上，使各规则模型具备评估、演化、推理等能力。针对规则模型的验证，将物理实际数据输入到逻辑规则模型中以激励逻辑规则模型做出相应的响应，对比规则模型的驱动响应和实际响应，如果两者之间的响应误差在允许范围内，则规则模型有效，否则规则模型不正确或者不准确。进一步的，所述步骤1，具体包括：(1.1)创建测量特征，包括测量特征有几何元素和形位公差，所述几何元素包括点、线、面，所述形位公差包括直线度、平面度、垂直度、倾斜度、平行度；(1.2)在明确测量特征后，依据被测数字孪生模型的特征特点以及尺寸公差的要求，规划测点数和测点分布；(1.3)在测点规划后，采用遗传算法实现对特征测量路径的规划，每条染色体代表遍历所有待测特征的路径，初始种群为随机产生的有效测量路径的合集，基于交叉和变异操作寻找适用度最优的测量路径；(1.4)最后依据最优测量路径得到的测量数据，进一步得到包含公差值及其对应的几何特征信息，从而几何维度的模型验证结果。进一步的，该方法适用于不同尺度对象，包括零件、部件、设备、生产线。有益效果：本专利技术设计的一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，该方法适用于基于ANSYS、TwinBuilder、CAD等软件构建的数字孪生模型。基于几何特征测量法以验证几何模型的精确度；基于个性化实验方法以衡量物理模型的合理性；基于行为时序图以及状态图以验证行为模型的顺发性以及行为响应的正确性；基于数据激励方法以验证规律规则的准确性。从而得到了数字孪生模型的综合验证结果，为数字孪生模型的验证提供了方法指导，拓展了数字孪生模型验证的维度，并一定程度上为数字孪生模型提供有效应用与服务奠定基础。附图说明图1为本专利技术的一种数字孪生模型多维多尺度验证方法结构框图；图2为本专利技术的一种数字孪生模型行为模型验证方法流程框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。构建映射物理实体的高保真数字孪生模型是数字孪生落地实践的基础，本专利技术的实施例中，数字孪生模型具备几何-物理-行为-规则多维度以及单元级-系统级-复杂系统级多尺度特征。而数字孪生模型的有效性和正确性是使用数字孪生模型提供高质量服务的重要前提与保证。目前针对数字孪生模型验证方法主要围绕设计相应物理实验开展，专利技术人尚未检索到数字孪生系统中有关于数字孪生模型多维度验证与验证的相关方法。为此，根据本专利技术的实施例，提出一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，该方法适用于具有多维度特征的数字孪生模型。包含设计几何模型验证方法，实现对研究对象几何尺寸等精确度的评估；设计物理模型验证方法，实现对研究对象物理属性等特征的验证；设计行为模型验证方法，实现对研究对象行为顺发性以及行为响应等特征的校验；设计规则模型验证，实现对研究对象疲劳退化等规律的验证。基于多维度验证结果，最终形成对数字孪生模型的综合验证指标，为模型正确性以及有效性提供参考依据。本专利技术能够在一定程度上为数字孪生模型的验证提供多维验证方法指导，并一定程度上为数字孪生模型提供有效应用与服务奠定基础。本专利技术的总体框图如图1所示，行为模型验证的流程框图如图2所示，具体实施方式如下：(1)设计几何维度的模型验证方法，基于测量工具三坐标测量机实现对数字孪生模型几何刻画程度的评估。具体验证流程如下：①创建测量特征，包括测量特征有点、线、面等几何元素，以及直线度、平面度、垂直度、倾斜度、平行度等形位公差；②在明确测量特征后，依据被测特征特点以及尺寸公差的要求，进行测点数和测点分布的合理规划；③在测点规划后，采用遗传算法实现对特征测量路径的规划，每条染色体代表遍历所有待测特征的路径，初始种群为随机产生的有效测量路径的合集，基于交叉和变异操作寻找适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤(1)、在几何维度，基于测量工具三坐标测量机实现对数字孪生模型几何刻画程度的评估；/n步骤(2)、在物理维度，针对不同尺度不同对象分析功能/性能验证需求，进而在真实场景或实验室环境下设计实验以开展试验分析，从而实现在物理维度的模型验证；/n步骤(3)、在行为维度，验证行为的顺发性以及行为响应层面的正确性，采用时序图和状态图来对行为模型实现验证。利用时序图描述系统和环境以及系统各部分之间的相互作用，利用状态图描述系统的状态转移和为响应事件而执行的动作。所述时序图构建的具体流程为：首先确定交互对象，并为每个对象设置生命线，随后从初始消息开始，依次画出消息，并标识消息发生的时间点，最后对时序发生次序的正确性进行判断；所述状态图构建的具体流程为选择初始状态和终结状态，接着明确对象的各种状态并确定状态可能发生的转移，把必要的动作加到状态或转移上，分析状态的并发和同步情况，最终对状态图进行分析判断，从而实现对模型行为响应的刻画与验证；/n步骤(4)、在规则维度，建立规则模型，对物理车间及其模型在几何、物理、行为多个层面上反映的规律规则进行刻画，并将其映射到相应的规则模型上，使各规则模型具备评估、演化、推理等能力，针对规则模型的验证，将物理实际数据输入到逻辑规则模型中以激励逻辑规则模型做出相应的响应，对比规则模型的驱动响应和实际响应，如果两者之间的响应误差在允许范围内，则规则模型有效，否则规则模型不正确或者不准确。/n...

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生模型多维多尺度验证方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、在几何维度，基于测量工具三坐标测量机实现对数字孪生模型几何刻画程度的评估；
步骤(2)、在物理维度，针对不同尺度不同对象分析功能/性能验证需求，进而在真实场景或实验室环境下设计实验以开展试验分析，从而实现在物理维度的模型验证；
步骤(3)、在行为维度，验证行为的顺发性以及行为响应层面的正确性，采用时序图和状态图来对行为模型实现验证。利用时序图描述系统和环境以及系统各部分之间的相互作用，利用状态图描述系统的状态转移和为响应事件而执行的动作。所述时序图构建的具体流程为：首先确定交互对象，并为每个对象设置生命线，随后从初始消息开始，依次画出消息，并标识消息发生的时间点，最后对时序发生次序的正确性进行判断；所述状态图构建的具体流程为选择初始状态和终结状态，接着明确对象的各种状态并确定状态可能发生的转移，把必要的动作加到状态或转移上，分析状态的并发和同步情况，最终对状态图进行分析判断，从而实现对模型行为响应的刻画与验证；
步骤(4)、在规则维度，建立规则模型，对物理车间及其模型在几何、物理、行为多个层面上反映的规律规则进行刻画，并将其映射到相应的规则模型上，使各规则模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶飞，张贺，邹孝付，戚庆林，程江峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11