【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生技术、unity3d开发平台以及大型油压机领域，旨在提供一种基于数字孪生的大型油压机虚拟仿真和优化方法。
技术介绍
1、大型、特大型锻造设备及其自主研发能力衡量国家综合国力的重要标志。18500吨油压机的研发成功，标志我国大型自由锻的锻造能力达到世界先进水平，有力地促进了我国电力、石化、矿山等领域大型锻件的制造质量的提升，提高我国高端装备制造业。随着锻造装备自动化、智能化、精密化，锻件的大型化、质量要求的提高，传统油压机装备管理与维护模式已无法完全满足当前的生产需求。生产使用过程中，振动和零部件老化会导致各种故障问题，容易影响装备的使用性能，导致设备停产、甚至造成生产安全事故。
2、数字孪生是一种将实际物理系统与其数字化仿真相结合的技术，允许在数字环境中建立和操作现实世界中的设备或系统。通过使用传感器数据和物理建模，可以创建实时、高度准确的虚拟副本，这个虚拟副本与实际物理系统的状态密切匹配。在虚拟环境中测试各种操作和控制策略，通过虚拟仿真和优化，可以为大型油压机管理与维护提供一种新手段。通过对大型油压机装备数字孪生建模、数据采集、仿真，结合油压机装备在加工过程中的位移、压力、温度、振动频率等参数，与历史数据库比对，进行异常检测和报警，确保了设备异常的快速识别和及时修复，以最大程度地减少生产过程中的停工时间和损失。
3、本专利技术提出了一种基于数字孪生的大型油压机虚拟仿真和优化方法。首先，根据三维物理模型来搭建数字孪生模型。然后，采集油压机的历史和实时运行数据，并存储。利用数字孪生模型
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种基于数字孪生的大型油压机虚拟仿真和优化方法，包括如下步骤：
2、s1：通过solid works软件将已知油压机的各个尺寸绘制出三维模型零件，添加一些机械配合将所有零件装配到一起，以“.fbx”格式保存；
3、s2：将构建好的三维模型导入unity中渲染并对各项参数进行调节，通过添加场景的素材完成虚拟车间场景搭建；
4、s3：构建大型油压机的数据层版块，通过多种传感器采集到油压机各项参数的数据与工业opcua协议进行通讯可以实现对设备状态更全面的监控；
5、s4：opcua数据采集系统将采集的数据传进行预处理后存储到油压机实时检测的数据库内；
6、s5:通过基于多元主成分分析法的信息融合多元样本数据，将样本数据标准化，通过特征值提取，构建多元数据融合方程，提高数据可靠性和准确性，达到统一的设备状态数据；
7、s6:数据整合和异常检测；采用多元数据融合的方法创建一个一致、完整且高效的数据体，同时，引入了异常检测模型，当设备处于加工过程中，异常检测模型能够迅速识别偏离正常操作的情况，并触发警报；
8、s7：对模型进行训练；将上述优化后的异常检测模型进行训练。在模型训练过程中，首先将数据分成训练集和测试集，训练集数据用于培训异常检测模型。异常检测模型基于深度神经网络的多层感知器(mlp)算法，异常检测模型通过学习正常设备加工生产的模式，能够识别出与这些模式不符的数据，实现异常检测。在训练过程中，对模型参数进行调整，以确保获得最佳的异常检测性能；
9、s8:模型的迭代优化；通过测试机数据对异常检测模型不断进行迭代优化，将采集到的新数据输入到模型中，获取设备的异常得分。如果得分超过预设的阈值，则认为设备存在异常，并触发报警，在处理完异常后记录警报的发生和处理过程，进行后续分析和改进。收集这些新的数据，以反馈到模型训练中；
10、s9：处理模型检测的异常情况；一旦设备触发了警报，需结合油压机设备在加工过程中的位移、压力、温度、振动频率等参数，与历史数据进行比对，以精确调整和解决警报问题。
11、进一步地，步骤s1具体为：
12、s1.1：根据图纸数据对大型自由锻油压机的图纸尺寸数据使用solid works三维建模软件画出整个大型自由锻油压机原始零件结构。
13、s1.2：采用面与面、点与点、点与面、同心轴等机械配合完成零件整体构架的装配，将各个大部分构架的装配体进行最终的装配，得到最初的大型自由锻油压机三维模型。
14、s1.3：得到的总装三维模型通过.step格式保存到当地文件夹，以“总装a.step”命名，通过3dmax软件打开本地文件夹“总装a.step”,另保存为.fbx格式。
15、进一步地，步骤s2具体为：
16、s2.1通过构建多种材质对大型油压机进行渲染。预制五个大型自由锻油压机的金属材质。项目中创建主要设备的五个材质球materials,分别对应大型自由锻压机的活动横梁，底梁，上横梁，两侧支柱以及三个活塞缸的材质颜色等参数。在inspector界面将metallic、smoothness参数调大，将所建材质分别拖拽到大型自由锻油压机三维模型上，添加大型自由锻油压机整体构架纹理。场景的灯光选用directional、spot light进行照明。选用skybox自带的材质添加车间天空的颜色，还原车间最真实环境。
17、s2.2：通过unity内置插件probuilder还原车间的整体构架。添加其对应的材质。通过polybrush工具摆放不规则的物体，通过内置的渲染管线进行整体渲染。点击‘play’通过game窗口所呈现出来的内容。
18、进一步地，步骤s3具体为：
19、s3.1：通过安装在大型自由锻油压机上的传感器来获取运动数据，将温度传感器安装在大型自由锻油压机液压箱上；将压力传感器安装在大型自由锻油压机的液压系统中的压力调节阀附近或油缸底部；将位移传感器可以安装在大型自由锻油压机的活塞杆上，振动传感器安装在大型自由锻油压机的基础或支撑结构上，电流传感器安装在大型自由锻油压机的电源线路上；功率监测仪表安装在大型自由锻油压机的油泵的出口位置。
20、s3.2：将传感器数据采集系统与opcua通讯协议连接。传感器数据采集系统可以通过opcua协议将采集到的数据发送到支持opcua协议的本地客户端设备，可以通过opcua协议从本地客户端设备接收控制指令和设置参数。opcua通过客户端-服务器模式进行通信及数据采集，opcua协议作为一种应用层协议，可以实现在不同的设备和平台之间进行数据交互，实现传感器数据采集系统与其他设备的集成。通过传感器数据采集系统通过opcua协议与其他设备进行数据汇总，提高了系统的可靠性和效率，同时可以实现更全面的监控和控制。
21、进一步地，步骤s4中通过hampel滤波方法将上述采集到的数据进行预处理具体为：
22、对于输入序列x，hampel输出新的数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的大型油压机虚拟仿真和优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的大型油压机虚拟仿真...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏世忠，韦嘉城，李浩，谢贵重，于保宁，刘根，王昊琪，毛丰，吴深，李琳利，张冀，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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