[发明专利]一种复合型机床数字孪生监控系统

说明书

本发明公开了一种复合型机床数字孪生监控系统，涉及数字孪生技术领域，该系统通过机床信息模块创建数字孪生监控系统，并基于OPC‑UA传输接口实现多平台、多数据、多接口通信，构建人机交互模块；多领域数据采集模块采用不同类型的传感器实时采集多源异构数据，基于信息融合技术对采集数据进行处理形成孪生数据，并转发至建模计算模块；建模计算模块通过孪生数据的驱动，结合约束、预测、决策等规则，形成复合型机床的数字孪生体；个性化决策模块通过实时重构优化机床监控孪生模型，对实体机床设备实时监控与管理。本发明简化了对复合型机床运行的监控过程，提高了机床系统的监控精度，实现了对复合型机床运行的主动式预测性维护。

技术领域

本发明属于数字孪生技术领域，尤其涉及一种复合型机床数字孪生监控系统。

背景技术

数字孪生本质概念是物理实体或流程的准实时数字化镜像。相比于传统的生命周期管理和仿真技术，数字孪生有着双向、持续和开放的特点，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加新的能力。对于制造领域来说，数字孪生可以定义为“一个对人、产品、设备以及工艺过程等制造元素进行数字描述，并随着对象发展状态、工作条件、产品几何等改变而同步更新优化的动态模型”，反应相对应的实体装备的全生命周期过程。

基于数据驱动的状态监控问题，机床的状态信息是基于数据采集生成的，由于机床运维系统中的数据量多且复杂，对数据分析及挖掘的要求就变得极为严格，目前广泛研究的数据分析及挖掘的方法是大数据技术，但是大数据技术现多侧重于机床实体系统的数据分析与挖掘，忽略了虚拟世界中的运行系统数据。并且随着机床的系统更加智能化，数据与运行状态的实时监控等问题将会更为突出；数据驱动的方法通过安装大量传感器来收集数据，以此获得机床的运行状态和信息。但是一些关键部件不能安装传感器，导致数据采集和进一步挖掘带来极大困难。因此，复合型机床智能监控技术发展的不足已经在一定程度上限制了机床集成化、智能化及柔性化进程，已成为影响复合型机床系统可靠性及精度发展的“瓶颈”技术之一，亟待需要机床运行系统监控及维护理论方法与技术的突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合型机床数字孪生监控系统，从而克服了现有复合型机床监控系统的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合型机床数字孪生监控系统，包括：

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。