[发明专利]一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置

说明书

本发明公开一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，属于数字孪生技术领域，其中，加工系统用于加工，传感器系统设置在加工系统机床主体和待加工零件处，中央处理器系统用于收集和处理传感器系统采集的各类数据信息，数据库系统用于将各类数据信息转换成可储存数据并进行存储，还用于对加工的能耗数据进行迭代优化，模型一致性校验系统用于提供标准的加工工件几何信息并实时校验加工工件标准几何信息与加工工件实际几何信息间的几何误差，能耗预测及优化系统用于根据实际监测的能耗信息预测后续工件的加工能耗并根据历史能耗数据预测同类型工件的加工能耗。本发明系统可以减少工件加工能耗预测的时间，提高能耗预测的精度和准确性。

技术领域

本发明属于加工系统能耗预测领域，更具体地，涉及一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置。

背景技术

数字孪生(Digital Twin，DT)以数字化的方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，促进物理世界与信息世界的交互与融合，为物理实体增加或扩展新的能力。

当前制造业的能耗一直是能源消耗的主要方面，机加工系统的能耗在能耗方面一直居于主导地位。随着环境问题的越发突出，降低能源消耗是所有制造业的重要任务。降低能耗的首要方面就是对能耗进行实时的监测和采集，对能耗数据进行评估后才能制定具体的降低能耗策略。如果能制定一种基于数字化的能耗监测和预测系统，对工件加工过程进行能耗监测和预测，就能在出现能耗变化较大的时候，立即采取停止措施，是非常有效的做法。

因此，基于数字孪生技术，针对数控机床工件加工过程，提出一种数字孪生驱动的工件加工过程能耗预测装置是非常有意义的，这样的系统能够解决数控机床工件加工过程中无法准确测量工件加工能耗的问题，最终能提高数控机床工件加工的能耗测量和预测效率。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，该装置基于数字孪生技术，巧妙地设置了多个模块，能够解决数控机床加工工件过程中无法准确测量工件加工能耗的问题，其能提高数控机床工件加工的能耗监测精度和预测效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种数字孪生驱动的工件加工能耗预测装置，其包括加工系统、传感器系统、中央处理器系统、数据库系统、状态监测系统、模型一致性校验系统和能耗预测及优化系统，其中，

加工系统包括数控机床图纸导入模块、材料选择模块、刀具选取模块、工件特征提取模块、工艺参数模块和机床主体，图纸导入模块用于将工件的三维图转换成二维图并将二维图导入到数控机床用于工件加工；工艺参数模块用于根据工艺说明制定工艺加工方案；材料选择模块用于根据工艺参数给出原材料的可选方案；刀具选取模块用于根据工艺参数给出刀具选择方案；工件特征提取模块用于实时提取加工工件的几何特征；机床主体用于提供加工场所，并用于夹持待加工零件和刀具，

传感器系统设置在机床主体和待加工零件处，其包括功率传感器、CCD传感器、压力传感器、温度传感器、电流传感器和电压传感器，用于采集功率、被加工工件图像、刀具压力、刀尖温度、电压和电流数据，工件特征提取模块用于根据CCD传感器拍摄的被加工工件实时图像实时提取加工工件的几何特征，

中央处理器系统用于收集和处理传感器系统采集的各类数据信息，数据库系统用于将经中央处理器系统处理后获得的各类数据信息转换成可储存数据，并进行本地存储和云端存储，还用于对加工能耗数据进行迭代优化，模型一致性校验系统用于提供标准的加工工件几何信息并实时校验加工工件标准几何信息与加工工件实际几何信息间的几何误差，能耗预测及优化系统用于根据红外热成像图谱预测刀具的实时温度，还用于根据实际监测的能耗信息预测后续工件的加工能耗并根据历史能耗数据预测同类型工件的加工能耗，从而根据实际情况调整加工工件工艺方案。