一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法及系统，属于工业设备智能化与数字化技术领域。包括以下步骤：基于产品设计过程，关注变工况或变产品构型情况，获取与设计产品、相关产品和工况条件相关的三种数据：传感数据、机理仿真数据以及用机理仿真数据对传感数据进行修正得到的融合数据；对获取的数据进行处理，依托数据驱动算法，反向解析运行机理，构建数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型；基于设计产品的新工况条件或改进的新产品，调用构建的数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，获取虚拟仿真结果。本发明专利技术可代替建模仿真或物理实验进行设计产品性能分析与预测，缩短产品性能验证时间，加快产品正向设计与迭代。代。代。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法及系统


[0001]本专利技术属于工业设备智能化与数字化
，尤其涉及一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]众所周知，新产品的设计至成型以及优化改进阶段，为验证产品性能，需要模拟产品运行环境开展产品验证实验。然而，物理实验验证成本和时间代价巨大，特别是对于复杂构型、复杂工况下的产品设计，有时通过样件物理实验测试来准确模拟真实的产品运行条件并进行性能评估受限于经济和人工实验成本，可实施性差。近年来，随着数值模拟和计算机能力的发展，计算机仿真技术已成为代替样件物理实验开展实验验证的有效工具。
[0004]目前，计算机仿真技术所采用的方法是利用仿真软件模拟产品物理实验条件，通过开展数字化仿真，获取表征产品性能的虚拟仿真结果，用以评估/验证产品性能。但传统机理仿真方法全过程对计算机性能要求较高，仿真求解周期较长。特别是在开展产品的迭代优化设计以及分析所设计的产品在连续运行条件下的性能时，由于仿真计算复杂，仿真周期的持续时间往往超长且难以估计，即使在高性能计算机集群中也是如此。当前，解决以上问题的方法是构建降阶模型，通过降低状态空间模型的维度，缩短仿真求解时间。然而该方法缩短的求解时间有限，精度损失难以控制，同时并不适用所有仿真软件。并且在开展产品的迭代优化设计以及分析所设计产品在连续运行条件下的性能时，仍旧不能从根本上解决性能验证评估仿真周期时间长的问题。
[0005]随着新一代信息技术的发展，数字孪生概念的诞生为产品虚拟性能验证提供了有效方法，数字孪生被认为是实现信息物理融合的有效使能手段，是集成学科、多物理量、多尺度、多概率于一体的仿真技术，系统实施要素包括机理模型、数据模型和算法模型三部分。通过数字孪生技术，可以从产品数字孪生模型或物理空间中获得可靠的数据信息，并依据应用算法模型，为开展产品设计性能验证提供可能。
[0006]综上所述，在产品设计阶段，如何利用数字孪生技术，快速获取接近数字化仿真或物理仿真实验/运行实验的虚拟实验数据，实现产品的性能预测与分析，加快产品正向设计与迭代，是当前开展虚拟实验验证的一项挑战。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，提出了一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法与系统，适用于产品的迭代优化设计、以及分析所设计产品在连续运行条件下的性能这两种情况，利用数字孪生技术，进行相关产品/设计产品的机理模型构建，并进行表征产品性能的机理仿真数据、运行监测数据或物理实验仿真数据和融合数据的一种或几种的获取，然后面向仿真需求，进行单种数据或融合数据驱动的高性能虚拟仿真模型构建，依据
数据驱动算法反向解析产品机理模型，以获取同类型设计产品或不同工况下设计所需的物理空间运行机理仿真和性能评估，替代建模仿真或物理实验，进行设计产品性能分析与预测，缩短设计产品性能验证时间。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法。
[0010]一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，包括以下步骤：
[0011]基于产品设计过程，关注变工况或变产品构型情况，获取与设计产品、相关产品和工况条件相关的三种数据：传感数据、机理仿真数据以及用机理仿真数据对传感数据进行修正得到的融合数据；
[0012]对获取的数据进行处理，依托数据驱动算法，反向解析运行机理，构建数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型；
[0013]基于设计产品的新工况条件或改进的新产品，调用构建的数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，获取虚拟仿真结果；
[0014]根据虚拟仿真结果分析设计产品在新工况或新产品下的性能，反馈指导产品设计。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真系统。
[0016]一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真系统，包括：
[0017]数据获取模块，被配置为：基于产品设计过程，关注变工况或变产品构型情况，获取与设计产品、相关产品和工况条件相关的三种数据：传感数据、机理仿真数据以及用机理仿真数据对传感数据进行修正得到的融合数据；
[0018]模型构建模块，被配置为：对获取的数据进行处理，依托数据驱动算法，反向解析运行机理，构建数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型；
[0019]虚拟仿真结果获取模块，被配置为：基于设计产品的新工况条件或改进的新产品，调用构建的数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，获取虚拟仿真结果；
[0020]反馈指导模块，被配置为：根据虚拟仿真结果分析设计产品在新工况或新产品下的性能，反馈指导产品设计。
[0021]本专利技术第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法中的步骤。
[0022]本专利技术第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法中的步骤。
[0023]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0024]本专利技术利用数字孪生技术，构建设计或相关产品的机理模型和数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，开展仿真数据、物理数据以及融合数据的获取，从数据驱动角度进行新产品或新工况下数字化仿真求解，以获取其运行机理并进行性能评估，解决了物理实验成本高、计算机仿真求解时间长问题，有利于加速产品正向性能验证。
[0025]本专利技术利用数字孪生技术，面向设计产品的离散工况条件，获取表征产品性能的使用过程传感数据、物理实验传感数据、或离散工况下设计产品的多领域数字孪生机理模
型仿真数据，或以上数据的融合数据，驱动高性能虚拟仿真模型解析设计产品离散工况下的数字化仿真或物理空间运行机理，分析连续工况下设计产品性能。
[0026]本专利技术利用数字孪生技术，面向同一工况条件的变产品构型，获取表征产品性能的使用过程传感数据、物理实验传感数据、或同一工况下相关产品的多领域数字孪生机理模型仿真数据，或以上数据的融合数据，驱动高性能虚拟仿真模型解析同一工况下变相关产品的数字化仿真或物理空间运行机理，促进设计产品的优化迭代设计。
[0027]本专利技术利用仿真数据、传感数据和融合数据三种数据中的一种或几种，构建的数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，可代替建模仿真或物理实验，进行设计产品性能分析与预测，缩短产品性能验证时间，加快产品正向设计与迭代。
[0028]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：基于产品设计过程，关注变工况或变产品构型情况，获取与设计产品、相关产品和工况条件相关的三种数据：传感数据、机理仿真数据以及用机理仿真数据对传感数据进行修正得到的融合数据；对获取的数据进行处理，依托数据驱动算法，反向解析运行机理，构建数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型；基于设计产品的新工况条件或改进的新产品，调用构建的数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，获取虚拟仿真结果；根据虚拟仿真结果分析设计产品在新工况或新产品下的性能，反馈指导产品设计。2.如权利要求1所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，其特征在于，通过与产品设计相关的产品使用过程或物理实验，获取传感数据；通过构建相关产品或设计产品多领域数字孪生模型，对相关产品或设计产品以及运行条件进行机理仿真，获取机理仿真数据；通过传感数据对仿真数据进行修正，获取融合数据。3.如权利要求2所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，其特征在于，构建相关产品或设计产品多领域数字孪生模型，具体为：基于产品设计过程，关注变工况或变产品构型情况，映射物理空间与产品设计相关的孪生参数；基于建模工具、模型修正算法和映射的孪生参数构建恒定工况下的多领域相关产品数字孪生模型或离散工况下的多领域设计产品数字孪生模型。4.如权利要求2所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，其特征在于，通过传感数据对仿真数据进行修正，获取融合数据，具体为：基于数据修正算法，通过获取的表征性能的少量传感数据，对通过机理仿真获取的表征性能的仿真数据进行修正，数据修正算法包括粒子群算法、遗传算法、蚁群算法。5.如权利要求1所述的数字孪生数据模型驱动的高性能虚拟仿真方法，其特征在于，对获取的数据进行处理，依托数据驱动算法，反向解析运行机理，构建数据模型驱动的高性能虚拟仿真模型，具体为：对传感数据、机理仿真数据、融合数据中的一种或几种进...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡天亮，董丽丽，马嵩华，吕琳，陶飞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：