基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统和方法，所述系统包括物理成形模块、信息采集模块、数字孪生模块和健康管控模块；所述方法包括，步骤s1，创建设备的三维物理模型；步骤s2，获取设备运行状态信息并进行数据处理；步骤s3，通过数字孪生模型建立数字孪生体；步骤s4，进行设备的故障预测及管控。本发明专利技术通过充液成形设备与数字孪生体相结合，能够融合设备状态数据信息、提取特征向量、利用神经网络等算法预测故障，将故障信息展示于数字孪生体并进行健康管控处理，有效的实现了可视化反映充液成形设备运行状态和工作环境，提高了设备的使用寿命和健康管控效率。使用寿命和健康管控效率。使用寿命和健康管控效率。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统和方法


[0001]本专利技术涉及设备健康管控领域，尤其涉及一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统和方法。

技术介绍

[0002]充液成形技术作为一种先进的柔性成形方法，解决了航空航天、汽车等领域轻量化薄壁复杂结构的高精度整体一次性成形难题。充液成形设备工作环境恶劣，作业时间长，油液转换运动频繁，并且液压系统是在绝对封闭状况下运行，损坏与失效经常发生在内部，故障点隐蔽、原因复杂、部位不易确定。造成充液成形设备出现故障有诸多因素，污染、过热、液压油泵混入空气等导致液压系统出现问题，而增压器和高压水系统出现故障则会导致液室压力不稳定。一旦充液成形设备发生故障，对实验或生产加工的精度、成形条件产生很大的影响，传统的检测方法是基于单参数的故障诊断方法，所得结论不能准确判断设备是否有故障，导致设备出现故障时不能及时找到故障源头。因此，及时预测出充液成形设备故障并管控处理，具有十分重要的意义。
[0003]数字孪生作为连接物理世界和信息世界的桥梁，可有效实现信息与物理系统的融合，成为智能发展的有效途径。数字孪生技术，正是利用现代信息技术等资源，构建数字虚拟的实体，建立起与物理实体相对应的“孪生体”，从而帮助人们更好地在设备运行管理过程中进行调控与决策。
[0004]中国专利公开号：CN201711434013.X公开了一种数控机床数字孪生建模方法，其公开了一种数控机床数字孪生建模方法，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。
[0005]该技术公开了数字孪生在智能制造机床建模领域的一种应用，但其不适用于液压成形的制造领域，目前冲液成形领域与智能孪生技术尚未开展应用探索，并且充液成形设备目前存在着无法实时监控设备状态无法有效预测设备故障的问题。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提供一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统和方法，用以克服现有液压成形技术中无法对充液成形设备的状态进行监控，无法对设备可能出现的故障进行预测的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统，包括，物理成形模块，其包括以实体存在的充液成形设备和基于充液成形设备的三维物
理模型，用以将充液成形设备通过参数匹配完成物理模型的创建；信息采集模块，其与所述物理成形模块连接，用以采集所述充液成形设备的运行状态数据；数字孪生模块，其分别与所述物理成形模块和所述信息采集模块相连，用以通过建立数字孪生体以实时监测充液成形设备的工作过程并对该工作过程进行仿真；健康管控模块，其分别与所述物理成形模块、所述信息采集模块和所述数字孪生模块相连，用以通过分析所述信息采集模块传递的数据预测故障并将故障信息传递至所述数字孪生模块以对所述充液成形设备进行健康管控。
[0008]进一步地，所述信息采集模块包括若干设置在所述充液成形设备中对应部件附近、用以采集液压成形设备运行状态数据的检测器，所述信息采集模块存储各检测器采集到的数据并将数据传递至所述数字孪生模块和所述健康管控模块以完成对液压成形设备的信息收集，所述检测器包括：压力传感器，用以检测充液成形设备运行工作时拉伸滑块与充液成型模具凸膜之间的压力和压边滑块与充液成型模具压边圈之间的压力；温度传感器，用以检测充液成形设备中拉伸缸中液压油的油液温度和压边缸中液压油的油液温度；油压传感器，用以检测充液成形设备中液压泵的压力和液室的压力；流量传感器，用以检测充液成形设备中液压泵液压油的输入流量和输出流量；污染度传感器，用以检测充液成形设备中液压油的污染度；液位计，用以检测充液成形设备中高压水液的液位高度。
[0009]进一步地，所述系统提供一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控方法，包括以下步骤，步骤s1，通过所述物理成形模块创建充液成形设备的三维物理模型；步骤s2，通过所述信息采集模块采集充液成形设备运行状态信息并将采集到的充液成形设备的运行状态数据经过数据处理后传递至所述数字孪生模块；步骤s3，通过所述数字孪生模块创建和校准数字孪生模型以建立充液成形设备的数字孪生体；步骤s4，所述健康管控模块分析所述信息采集模块传递的充液成形设备运行状态信息并对充液成形设备进行故障预测和健康管控。
[0010]进一步地，在所述步骤s1中，通过所述物理成形模块创建充液成形设备的三维物理模型的步骤包括，步骤s11，通过在所述物理成形模块调取或输入所述充液成形设备的设备几何参数和材料参数并确定所述充液成形设备各组成部分间的结构关系，确定所述充液成形设备的尺寸信息、结构关系和关键参数进行确定；步骤s12，所述物理成形模块将充液成形设备的尺寸信息、结构关系和关键参数通过CAD建模以创建充液成形设备的三维物理模型。
[0011]进一步地，在所述步骤s1中，所述充液成形设备的设备的几何参数、材料参数的来源包括充液成形设备规格说明书中参数和实际对充液成形设备进行测量得到的参数，所述几何参数、材料参数和充液成形设备各组成部分间的结构关系用以表达充液成形设备的尺
寸和结构。
[0012]进一步地，在所述步骤s2中，所述信息采集模块控制检测器采集的充液成形设备运行状态信息包括拉伸滑块与充液成型模具凸膜之间的压力、压边滑块与充液成型模具压边圈之间的压力、拉伸缸中液压油的油液温度、压边缸中液压油的油液温度、液压泵的压力、液室的压力、液压液压油的输入流量、液压液压油的输出流量、液压油的污染度和高压水系统中的液位高度。
[0013]进一步地，在所述步骤s3中，所述数字孪生模块创建和校准数字孪生模型以建立充液成形设备的数字孪生体的步骤包括，步骤s31,所述数字孪生模块根据所述物理成形模块创建的三维物理模型构建充液成形设备的若干维度数字孪生模型；步骤s32，所述数字孪生模块根据充液成形设备的运行状态数据调整所述数字孪生模型的参数以对所述数字孪生模型进行校正；步骤s33，所述数字孪生模块根据构建的数字孪生模型创建充液成形设备的数字孪生体。
[0014]进一步地，在所述步骤s31中，所述充液成形设备的数字孪生模型包括用以对充液成形设备几何特征进行模拟的几何维度数字孪生模型、用以对充液成形设备物理特征进行模拟的物理维度数字孪生模型和用以对充液成形设备行为特征进行模拟的行为维度数字孪生模型。
[0015]进一步地，在所述步骤s32中，所述数字孪生模块将现有充液成形设备的运行状态数据与构建的数字孪生模型中预设参数进行比对并判断现有充液成形设备的运行状态数据是否符合数字孪生模型中预设参数标准，若符合标准，则执行步骤s33；若不符合标准，则跳转至步骤s321，将数字孪生模型中预设参数根据现有充液成形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统，其特征在于，包括，物理成形模块，其包括以实体存在的充液成形设备和基于充液成形设备的三维物理模型，用以将充液成形设备通过参数匹配完成物理模型的创建；信息采集模块，其与所述物理成形模块连接，用以采集所述充液成形设备的运行状态数据；数字孪生模块，其分别与所述物理成形模块和所述信息采集模块相连，用以通过建立数字孪生体以实时监测充液成形设备的工作过程并对该工作过程进行仿真；健康管控模块，其分别与所述物理成形模块、所述信息采集模块和所述数字孪生模块相连，用以通过分析所述信息采集模块传递的数据预测故障并将故障信息传递至所述数字孪生模块以对所述充液成形设备进行健康管控。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统，其特征在于，所述信息采集模块包括若干设置在所述充液成形设备中对应部件附近、用以采集液压成形设备运行状态数据的检测器，所述信息采集模块存储各检测器采集到的数据并将数据传递至所述数字孪生模块和所述健康管控模块以完成对液压成形设备的信息收集，所述检测器包括：压力传感器，用以检测充液成形设备运行工作时拉伸滑块与充液成型模具凸膜之间的压力和压边滑块与充液成型模具压边圈之间的压力；温度传感器，用以检测充液成形设备中拉伸缸中液压油的油液温度和压边缸中液压油的油液温度；油压传感器，用以检测充液成形设备中液压泵的压力和液室的压力；流量传感器，用以检测充液成形设备中液压泵液压油的输入流量和输出流量；污染度传感器，用以检测充液成形设备中液压油的污染度；液位计，用以检测充液成形设备中高压水液的液位高度。3.根据权利要求1
‑
2任一权利要求所述的基于数字孪生的充液成形设备健康管控系统，其提供一种基于数字孪生的充液成形设备健康管控方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤s1，通过所述物理成形模块创建充液成形设备的三维物理模型；步骤s2，通过所述信息采集模块采集充液成形设备运行状态信息并将采集到的充液成形设备的运行状态数据经过数据处理后传递至所述数字孪生模块；步骤s3，通过所述数字孪生模块创建和校准数字孪生模型以建立充液成形设备的数字孪生体；步骤s4，所述健康管控模块分析所述信息采集模块传递的充液成形设备运行状态信息并对充液成形设备进行故障预测和健康管控。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的充液成形设备健康管控方法，其特征在于，在所述步骤s1中，通过所述物理成形模块创建充液成形设备的三维物理模型的步骤包括，步骤s11，通过在所述物理成形模块调取或输入所述充液成形设备的设备几何参数和材料参数并确定所述充液成形设备各组成部分间的结构关系，确定所述充液成形设备的尺寸信息、结构关系和关键参数；步骤s12，所述物理成形模块将充液成形设备的尺寸信息、结构关系和关键参数通过CAD建模以创建充液成形设备的三维物理模型。
5.根据权利要求3所述的基于数字孪生的充液成形设备健康管控方法，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，丁峰，胡宁，赵丽滨，杨超，牛旭昶，叶晓凯，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：