[发明专利]一种复合型机床数字孪生监控系统

权利要求书

1.一种复合型机床数字孪生监控系统，其特征在于包括：机床信息模块、多领域数据采集模块、数据处理模块、建模计算模块、人机交互模块、个性化服务决策模块；其中：

机床信息模块，用于构建、存储、管理实际复合型机床系统中所涉及部件的信息模型，所述信息模型包括几何模型、功能信息模型、规则模型、行为模型、性能预测模型、控制逻辑模型；

多领域数据采集模块，多通道实时接收位置、速度、电流、旋转速度、负载与电机负载等数据类型，并分别存储主轴、进给轴、刀具和加工程序相关数据信息，并将数据信息传输到数据处理模块和建模计算模块；

数据处理模块，接收实时多领域数据采集模块传输的运行状态数据信息，并对采集到的数值信息利用大数据技术进行深加工，以消除信号中存在噪声成分和冗余信息，重新构造新的数据集；

之后，从重构后的数据集中提取时、频域统计特征，并利用能量值、熵值、谱峭度等指标对特征提取技术分解后的分量信号进行量化；最后对高维特征进行维数约简，为精准建模以及对运行系统预测性维护做准备；

建模计算模块，接收实时多领域数据采集模块传输的运行状态数据信息，并将这些数据融合作为驱动数据，利用约束规则、预测规则、决策规则等关联在一起，共同形成制造加工设备的数字孪生体，该数字孪生体存在于制造加工设备的整个生命产品周期，并可以动态、真实、实时地反映物理层中制造加工设备的真实状态；

人机交互模块，接收实时数据采集模块发送的机床运行状态数据，并对实际生产线的运行状态数据进行处理分析，得到实际运行状态中涉及的每个部件的实际运行状态数据；建立一个与实际机床系统相对应的虚拟监控系统，即：数字孪生监控系统，所述数字孪生监控系统通过映射机床信息模型模块中实际运行中涉及部件所对应的几何模型实现，所述几何模型以属性的形式绑定了部件功能信息模型、规则模型、行为模型、控制逻辑模型和运动控制显示程序，每个部件的运动控制显示程序提取该部件对应的实际运行状态数据后，对该部件对应的实际运行状态数据进行深度处理，得到虚拟运行状态监控数据，根据虚拟行状态监控数据控制几何模型完成仿真动作，实现对复合型机床运行状态监控系统的动态仿真；

同时，将该部件对应的状态数据以图表形式可视化表达在界面上；

个性化服务决策模块，机床物理实体通过其数字孪生体动态地跟踪及反映设备实体的最新状态，并通过仿真模拟产生相应的决策信息，并利用产生的决策信息对机床物理系统进行监控、优化，最终实现制造加工设备的物理信息与虚拟信息融合及智能化监控。

2.根据权利要求1所述的一种复合型机床数字孪生监控系统，其特征在于：所述机床信息模块包括几何模型、功能信息模型、规则模型、行为模型、控制逻辑模型。

3.根据权利要求1所述的一种复合型机床数字孪生监控系统，其特征在于：所述多领域数据采集模块包括：

数据采集，包括多来源的物理场数据、模型生成数据及虚实融合数据，根据物理场类型的不同，采用不同的传感器获取数值信息，如温度场采用温度传感器，电磁场采用霍尔传感器，结构场采用压力传感器等；

数据管理，利用直接采集到的数值信息可以产生繁衍数据信息，最终使得数据信息呈网状结构，并将数据进行备份、存储；

数据传输，多通道实时接收位置、速度、电流、旋转速度、负载与电机负载等数据类型，并将数据信息传输到数据处理模块和建模计算模块，实现各模块间的通信交互。

4.根据权利要求1所述的一种复合型机床数字孪生监控系统，其特征在于：所述数据处理模块，接收实时多领域数据采集模块传输的运行状态数据信息，并对采集到的数值信息利用大数据技术进行深加工，以消除信号中存在噪声成分和冗余信息，重新构造新的数据集；之后，从重构后的数据集中提取时、频域统计特征，并利用能量值、熵值、谱峭度等指标对特征提取技术分解后的分量信号进行量化；最后对高维特征进行维数约简，为精准建模以及对运行系统预测性维护做准备。