一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，属于智能制造技术领域；一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，其特征在于，包括有属于实际生产的产品物理对象；数字孪生建模系统生成的伴生虚拟对象，即孪生对象；以及用于感知和反馈的传输层；所述孪生对象中包括有数字孪生参考模型，所述数字孪生参考模型进一步分为信息模型和决策模型；所述物理对象与孪生对象之间设置有拟态感知层，通过拟态感知层获取相关的信息，生成产品虚拟对象的信息模型，后经过决策模型进行分析决策，通过传输层反馈控制物理对象。本发明专利技术一方面实现了数控加工系统智能化，另一方面也使得制造物理世界和信息世界互联与融合。与融合。与融合。

【技术实现步骤摘要】
一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统


[0001]本专利技术涉及智能制造
，特别是涉及一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统。

技术介绍

[0002]数控加工技术在解决加工问题时表现出良好的可操作性、适应性与可重复性，一直以来是机械加工的主要方式与手段。但传统数控加工技术却存在着固有的先天不足：未考虑伴随着工件材料去除的加工过程中存在着的复杂的状态变化，导致对于加工过程中出现的“突发”状况无法进行实时处理和采取有效的应对措施，从而限制了数控加工的加工性能，难以保证零件的加工质量。同时在切削过程中涉及物理学、化学、力学、材料学、振动学、摩擦学、传热学等多学科多领域的相关知识与理论，是一个多学科多物理耦合的制造过程，目前的相关技术对此无法进行未进行全方位完整化的管控。如何高效地制造符合加工质量要求一直是数字化加工的瓶颈问题。
[0003]数字孪生技术作为一项突破性的技术为此提供了巨大的推动力，它有可能改变今天和未来制造业的面貌。数字孪生，作为现实世界的一面镜子，提供了一种模拟、预测和优化物理制造系统和过程的手段。利用数字孪生和智能算法可以实现数据驱动的操作监控和优化，开发创新的产品和服务，提高加工效率保证加工质量。虽然已有研究报道了数字孪生在制造业中的潜在应用前景，但目前在制造领域实现数字孪生的方法缺乏对数字双胞胎的概念、框架和开发方法的深入了解，阻碍了数字孪生应用于智能制造的发展。因此，亟需一种面向数控加工的数字孪生理论方法，推动数字孪生落地在制造领域的落地应用。
专利技术内容
[0004]本专利技术的目的是提供一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，为数控加工系统智能化，实现制造物理世界和信息世界互联与融合提供一种有效的建模方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，包括有属于实际生产的产品物理对象，数字孪生建模系统生成的伴生虚拟对象，即孪生对象，以及用于感知和反馈的传输层；所述孪生对象中包括有数字孪生参考模型，所述数字孪生参考模型进一步分为信息模型和决策模型；所述物理对象与孪生对象之间设置有拟态感知层，通过拟态感知层获取相关的信息，生成产品虚拟对象的信息模型，后经过决策模型进行分析决策，通过传输层反馈控制物理对象。
[0007]优选地，所述孪生对象具有生物拟态特性，可以反映产品的外形、物理和生产过程，拥有完整演变的理论模型和记录产品全生命周期的实时模型，且具有相应的决策自适应功能，可预测相应的产品状态。
[0008]优选地，所述数字孪生参考模型可基于数字化的方式，借助数据模型和物理实体
之间的数据交互，构建物理实体与其对应虚拟模型之间的关联，实时观察加工过程，分析产品的变化并对制造工艺进行决策控制。
[0009]优选地，所述拟态感知层从几何、物理和过程三个维度上获取产品的实时信息，用于后续决策；其中所感知到的数字孪生模型如下：
[0010]它包含产品模型的几何信息、产品的行为信息、制造过程信息，该模型融合加工过程将以上信息进行集成，表达式定义如下：
[0011]DTDS＝3D_Model∪Behaviour∪Context
[0012]式中，DTDS产品数字孪生驱动模型，由三维几何模型3D_Model、产品行为信息Behaviour、加工过程信息Context共同构成。
[0013]优选地，所述数字孪生驱动模型中的几何部分，主要由当前工序的理论模型和实测模型组成，其表达式如下：
[0014]3D_Model＝{Theory_model，Actual_model}
[0015]优选地，所述数字孪生驱动模型中的行为部分反应加工工件的功能特性，如材料硬度、结构、表面组织、力学性能等信息。其表达式如下：
[0016]Behaviour＝{Material，Structure，Surface_feature，Mechanical_property}
[0017]优选地，所述数字孪生驱动模型中的过程信息部分包含计划工艺信息和加工过程信息，设计信息包括如公差、工艺信息、基准、粗糙度、技术要求和预设工艺等信息；加工过程信息包括工件的实时信息，实时工艺部分为加工过程中加工参数信息、过程监测信息包括刀具、车床、工件信息，其表达式如下：
[0018]Contest＝Plan_process∪Machining_process
[0019]Plan
p
rocess＝{3D_Model，Dimension，Tolerance，datum，process_info}
[0020]Machining_process＝{Actual_process，machine tool_status，detection，tool_status}。
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，具备以下有益效果：
[0022]本专利技术使用数字孪生系统的虚实融合的功能，实现加工过程中，对加工对象的进行实时感知、分析与控制，形成一个闭环的控制系统；同时本专利技术以实时性的特点代替人工的分析与判断，实现加工全流程的管控，提升产品对象在加工过程中的建模精度，以提高机械加工系统在工业运行过程中的精度与效率。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提出的一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统的整体结构示意图；
[0024]图2为一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统的所构建的模型中的几何信息部分；
[0025]图3为一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统的所构建的模型中的物理信息部分；
[0026]图4一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统的所构建的模型中的上下游过程信息部分；
[0027]图5为一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统的所构建的模型，基于UML建模的MMBD模型结构图。
具体实施方式
[0028]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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]实施例1：
[0030]请参阅图1，一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，包括有属于实际生产的产品物理对象；数字孪生建模系统生成的伴生虚拟对象，即孪生对象；以及用于感知和反馈的传输层；孪生对象中包括有数字孪生参考模型，数字孪生参考模型进一步分为信息模型和决策模型；物理对象与孪生对象之间设置有拟态感知层，通过拟态感知层获取相关的信息，生成产品虚拟对象的信息模型，后经过决策模型进行分析决策，通过传输层反馈控制物理对象。
[0031]其构建的数字孪生模型主要为产品模型的几何信息、产品的行为信息、制造过程信息，构建一个完整的数字孪生模型。
[0032]孪生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，其特征在于，包括有属于实际生产的产品物理对象，数字孪生建模系统生成的伴生虚拟对象，即孪生对象，以及用于感知和反馈的传输层；所述孪生对象中包括有数字孪生参考模型，所述数字孪生参考模型进一步分为信息模型和决策模型；所述物理对象与孪生对象之间设置有拟态感知层，通过拟态感知层获取相关的信息，生成产品虚拟对象的信息模型，后经过决策模型进行分析决策，通过传输层反馈控制物理对象。2.根据权利要求1所述的一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，其特征在于，所述孪生对象具有生物拟态特性，可以反映产品的外形、物理和生产过程，拥有完整演变的理论模型和记录产品全生命周期的实时模型，且具有相应的决策自适应功能，可预测相应的产品状态。3.根据权利要求1所述的一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，其特征在于，所述数字孪生参考模型可基于数字化的方式，借助数据模型和物理实体之间的数据交互，构建物理实体与其对应虚拟模型之间的关联，实时观察加工过程，分析产品的变化并对制造工艺进行决策控制。4.根据权利要求1所述的一种面向制造全生命周期的数字孪生可表示性建模系统，其特征在于，所述拟态感知层从几何、物理和过程三个维度上获取产品的实时信息，用于后续决策；其中所感知到的数字孪生模型如下：它包含产品模型的几何信息、产品的行为信息、制造过程信息，该模型融合加工过程将以上信息进行集成，表达式定义如下：DTDS＝3D_Model∪Behaviour∪Context式中，DTDS产品数字孪生驱动模型，由三维几何模型3D_Model、产品行为...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍劲松，刘世民，孙学民，许敏俊，沈慧，丁志昆，顾星海，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：