一种组件式孪生计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种组件式孪生计算方法及系统，包括：步骤S1：将待孪生目标体基于物理精度分割为预期计算精度，得到最小单位体孪生目标；对最小单位体孪生目标进行属性分解，得到组件模块；步骤S2：将划分后的组件模块基于层级父子关系和整体结构关系，利用先组合后分离或先分离后组合的计算方法，实时异步处理多观测多操作的带有机理能力的孪生组件模块间和内部计算，实现实时复刻孪生目标，得到孪生数字副本；步骤S3：将孪生数字副本反作用于孪生目标。本发明专利技术让孪生计算普遍适应多观测和多操作引入的动态实时计算要求，以便更准确的实时复刻孪生目标，让孪生数字副本能及时反作用真实物理世界，且可行于有限存储，运算和网络条件下的计算硬件。

【技术实现步骤摘要】
一种组件式孪生计算方法及系统
本专利技术涉及孪生仿真
，具体地，涉及一种组件式孪生计算方法及系统，更为具体地，涉及一种组件式孪生计算增强计算方法。
技术介绍
数字孪生在各行业应用中，虽然有各种各样的实施表现，但孪生目标通常都会由：模型造型，运行机理，物理化学属性等接近真实物理有形、无形对象组成，从而数字对象具备反映和反作用真实物理对象的能力。但物理世界的复杂性和多维易变性很难让计算机系统对其数字副本的现在时刻完整描述，计算能力和计算资源的有限性与自然界的无界随机性存在冲突。既然难实时描述真实物理世界，而待描述的目标组成还会持续发展，就迫切研究出能与自然物理界组成和运行的近似计算方法来构建数字孪生的数字结构，提高孪生计算的行业应用能力。以工业品为孪生目标的数字孪生来举例(汽车、飞行器、装备组成等场景)，这些对象的造型有繁有简，有多层包裹表层和串行嵌套的结构也有同级关联模型结构组合；运行机理与对应模型亦有一一对应组成关系，也与这些数字目标的组合有因果联系；物理化学属性客观一直存在，与关注对象和发起关注的主体对应，在被观测时，部分属性才会被数字化表现出来。如何将多样和不同多维的孪生目标对象，实时对其完整的数字副本实施正向模拟和反向仿真有计算能力的难度。以上是以目标对象来划分关系，当改为以观测者和操作者来看孪生计算时，比如现实物理世界中的确有一个单纯的观测者或一个单独的操作者，去作用一个目标对象或目标对象的集合，这是对系统和对象的独占性操作，输入和输出一一对应，期间难点重点在上例中分析过。但如果有多位观测者，且有多位随机操作者在同时刻实施操作，这在现实物理世界很常见也无难度，无论是观测者的数量还是操作者的数量都对整个系统本质没改变，而且在观测者群体与操作者群体相交或下一随机时刻两种角色互换，也不改变整个系统本质。上例是从对象出发，而本例是从多操作者引入动态多输入，多观测者引入动态多输出和输入(观测需要本身也是一组输入指令)，也会增加对孪生目标上实施的计算可行难度。以上客观描绘了孪生的纯粹性和实时性，也引入了动态随机环境对孪生计算带去的影响背景，本专利待解决的问题是：让孪生计算普遍适应多观测和多操作引入的动态实时计算要求，以便更准确的实时复刻孪生目标，让孪生数字副本能及时反作用真实物理世界，且可行于有限存储，运算和网络条件下的计算硬件。专利文献CN111274671A(申请号：201911407497.8)公开了一种基于数字孪生的复杂产品装配过程精准修配方法及其运行系统，针对产品装配过程中的关键工序，对零件装配配合区域进行实测数据采集与处理，将实测数据与理想模型进行深度融合，构建零件数字孪生模型；结合规划好的装配顺序对零件装配定位约束进行求解与更新，以获得产品数字孪生模型；将该产品数字孪生模型用于预装配仿真分析中，根据装配仿真分析结果以及装配碰撞干涉检查情况，计算得到零件需要修配的配合区域位置信息以及最小修配量，并给出合理的零件修配方案，完成装配过程的在线修配与精准控制。看似是有解决问题的现象交集，实则问题的核心要素，解决目标和方法都不同，多数孪生会焦点在形态，而实时的计算处理，加上超越形态的计算过程的赋能，是孪生行业落地发展的核心制约点之一，也就是本专利技术解决的。专利文献CN110941251A(申请号：201911359294.6)公开了一种基于数字孪生体的生产控制方法、装置、设备及介质。其中，方法包括：获取与定点装配场景下装配的目标装配物体匹配的至少两个层级的标准数字孪生体，其中，不同层级的标准数字孪生体对应定点装配过程中不同粒度的参考信息的信息值；在至少两个层级的标准数字孪生体中提取目标参考信息的信息值，并获取与目标装配物体的动态成产环境匹配的生产信息的信息值；将各项信息值输入至预设的自组织模型中进行迭代运算，得到自组织模型的最优解作为定点装配场景下装配目标装配物体的生产控制信息的信息值。从分隔的角度对比文详细论述了孪生的独立性，但本专利技术是从自然物理世界和观察操作者两种维度形成了划分孪生对象的基准，并按照划分基准设计了匹配的计算方法和组织形式，实际上解决的问题和方法是不同的。专利文献CN111475889A(申请号：202010241658.7)公开了一种物理与数据驱动的航空发动机数字孪生建模方法，包括：建立航空发动机本体、航空发动机传感器和航空发动机执行器的动态物理模型；对航空发动机传感器和航空发动机执行器的动态物理模型进行标定；以风扇转速为基准，对航空发动机本体的动态物理模型的燃油流量输入进行校正；根据校正后的航空发动机本体的动态物理模型建立航空发动机本体的数据驱动补偿模型，根据标定后的航空发动机执行器的动态物理模型建立航空发动机执行器的数据驱动补偿模型，航空发动机本体的数据驱动补偿模型、航空发动机执行器的数据驱动补偿模型与标定后的航空发动机传感器的动态物理模型构成航空发动机数字孪生体。对比专利关注孪生模型的个体上的数学物理机能的计算处理，与本专利技术组件4的所覆盖领域相交，但组件4中包含自计算的嵌套方法，也具备独立于模型以外的且依赖观测和操作两种孪生对象以外的驱动因素。真实物理世界中的主体会因为本体和本体外的环境一同变化，这是本专利技术的计算方法设计之一。专利文献CN111538294A(申请号：201911120960.0)公开了一种基于数字孪生的工业机器人制造系统可重构系统与方法，该系统包括：数据采集单元、五维数字孪生模型单元、孪生体依赖树、重构策略单元和虚拟可视化仿真平台；所述数据采集单元，用于采集工业机器人制造系统的信息数据；所述五维数字孪生模型单元，用于构建制造系统中建模对象的五维数字孪生模型，并获得五维数字孪生模型的参数；所述孪生体依赖树，用于为重构策略提供系统结构知识基础，支持重构排序的实现；所述重构策略单元，用于获得工业机器人制造系统的重构方案；所述虚拟可视化仿真平台，用于验证重构方案的效果。本专利技术在不妨碍制造系统正常的生产任务的同时实现重构设计、验证与优化，极大减少重构成本。对比专利关注孪生模型的个体上的数学物理机能的计算处理，重构和验证重构就属于这类，与本文组件4的所覆盖领域相交，但组件4中包含自计算的嵌套方法，也具备独立于模型以外的且依赖观测和操作两种孪生对象以外的驱动因素。真实物理世界中的主体会因为本体和本体外的环境一同变化，这是本文的计算方法设计之一。专利文献CN111091611A(申请号：201911352218.2)公开一种面向车间数字孪生的增强现实系统及方法，包括物理车间、车间数字孪生系统，摄像头组、图像采集模块、车间三维模型标注模块、设备识别模块、数据查询及AR注册模块和AR显示模块，通过摄像头组采集车间视频图像，通过设备识别确定视频图像中包含的设备，并利用增强现实技术将数字孪生信息动态叠加在视频图像上设备图像区域或附近，从而实现车间设备信息的AR显示。本专利技术不需要建立物理车间系统的复杂三维模型，使用视频图像代替车间三维模型显示，画面显示更流畅；能够设置各设备信息的是否显示、显示界面类型、界面参数等，显示方式更灵活，操作更简便；能够判断鼠标所指设备标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组件式孪生计算方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：将待孪生目标体基于物理精度分割为预期计算精度，得到最小单位体孪生目标；对最小单位体孪生目标进行属性分解，得到组件模块；/n步骤S2：将划分后的组件模块基于层级父子关系和整体结构关系，利用先组合后分离或先分离后组合的计算方法，实时异步处理多观测多操作的带有机理能力的孪生组件模块间和内部计算，实现实时复刻孪生目标，得到孪生数字副本；/n步骤S3：将孪生数字副本反作用于孪生目标。/n

【技术特征摘要】
1.一种组件式孪生计算方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将待孪生目标体基于物理精度分割为预期计算精度，得到最小单位体孪生目标；对最小单位体孪生目标进行属性分解，得到组件模块；
步骤S2：将划分后的组件模块基于层级父子关系和整体结构关系，利用先组合后分离或先分离后组合的计算方法，实时异步处理多观测多操作的带有机理能力的孪生组件模块间和内部计算，实现实时复刻孪生目标，得到孪生数字副本；
步骤S3：将孪生数字副本反作用于孪生目标。


2.根据权利要求1所述的组件式孪生计算方法，其特征在于，所述先组合后分离或先分离后组合的计算方法包括：将组件模块进行组合，得到组件模块间的物理空间和力学联系，形成父子数据间的关联关系，然后分离组件模块，在不破坏原有的层级父子关系与整体的结构关系基础上，进行孪生组件模块间和内部计算；或在已知组件模块的父子数据间的关联关系时，在不破坏原有的层级父子关系与整体的结构关系基础上，进行孪生组件模块间或内部计算，然后合并组合进一步计算合并后的孪生计算任务。


3.根据权利要求1所述的组件式孪生计算方法，其特征在于，所述组件模块包括：组件3、组件4和组件5；
所述组件3属于数字实体组件模块；所述数字实体组件模块包括三角形构造面和操作的输入输出；
所述组件4属于数字非实体组件模块；所述数字非实体组件模块包括物理属性、环境作用与关联以及观测的输入输出；
所述物理属性和观测输入输出绑定在每个对应且有关联的数字实体组件模块上；
所述环境作用与关联：当环境作用与关联导致孪生目标相应的组织关系发生变化时，基于孪生目标变化的组织关系进行组织模块自推演计算；
所述自推演计算是数字实体组件模块附上非实体组件模块或非实体组件模块中有直接变量或被组织关系触发要求更新时，则驱使新周期的计算任务；
将一个目标对象按算法拆分成若干个组件3，所述组件5包括若干个组件3，组件4的部分属性附着在对应的组件3上，基于孪生目标物理界的组织和组合规律关系，将若干个组件3、组件4组织在一起的过程就是组件5的设计目标。


4.根据权利要求3所述的组件式孪生计算方法，其特征在于，所述组件3包括：根据计算机图像处理和渲染的运行特点，将组件3先归一化到同一个三维坐标系中，并保持缩放比例一致，再启动切分的三角面对组件3进行划分，得到三角形构造面。


5.根据权利要求3所述的组件式孪生计算方法，其特征在于，所述组件4包括：建立组件4时，明确组件4需要附着的组件3的对应关系，并将组件4附着在对应的组件3上；同时组件4也需要与实例的组件3一一对应实例化。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卿，
申请(专利权)人：盾钰上海互联网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31