[发明专利]一种基于数字孪生的挤塑机故障诊断系统

说明书

本发明公开一个基于数字孪生的挤塑机故障诊断系统，通过构建虚拟挤塑机数字孪生模型，获取物理世界光缆制造设备挤塑机的使用环境数据、历史运行数据和实时数据等传输至数字孪生模型，并且通过挤塑机历史数据进行决策树模型训练，通过训练好的模型对实时数据进行诊断，根据挤塑机孪生体模型和历史数据实现基于数字孪生的挤塑机故障诊断。挤塑机孪生体会对发生的故障进行警告提示并进行反馈处理，实现挤塑机的3D可视化监控和故障诊断。本系统能够让挤塑机发生故障时可以快速找到故障位置和故障类型，并可以进行3D可视化监控，有利于对挤塑机更好的进行维护且增加挤塑机设备的安全性，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，尤其是在新技术数字孪生领域来实现挤塑机的故障诊断方法。

背景技术

需要推进工业制造车间向数字化和智能化转型，在这个转变过程中数字孪生起着至关重要的作用，尤其是数字孪生在车间设备故障诊断和可视化方面。目前，我国对光缆的需求日益增加，然而光缆制造车间在设备故障诊断和可视化技术有待提升。挤塑机是紧套光纤生产线中重要的设备，针对光缆车间设备在生产作业时发生故障，不易立刻找到具体的故障点，以及缺少具体的3D可视化监视。本发明给出一种基于数字孪生的挤塑机故障诊断系统，为了可以得到准确的故障点和可视化监控，构建3D模型(物理模型、几何模型、规则模型、行为模型)来实现挤塑机的故障诊断和3D可视化监控。

发明内容

本发明的目的在于使用数字孪生技术来实现挤塑机的故障诊断，从而日常挤塑机发生故障时，减少找到故障精准定位的时间，可以快速维修恢复生产。

为了完成上述功能，本发明的解决方案是：

使用数字孪生技术来实现挤塑机的故障诊断方法，包括以下步骤(1)～ (7)：

(1)根据物理世界挤塑机外观以及内部构造，使用3Dmax软件对挤塑机进行建模，并进行轻量化处理。

(2)将步骤1的模型以.fbx的格式导入Unity3D中，对模型的零部件使用MATLAB和ANSYS进行仿真分析，并将仿真模型和数学模型导入至Unity3D 中，建立虚拟挤塑机孪生体。

(3)在Unity3D中使用C#对挤塑机某些零部件模型编写动画效果和窗口弹出效果，并在Unity3D中编写一定的场景，进行场景切换,编写UI实现系统功能。

(4)将从物理世界挤塑机获取的数据(各个位置温度、电机电流、油泵电压等)传输至Unity3D中，需要使用Unity3D的插件Prespective、OPC UA 通讯协议、MySQL数据库来实现。

(5)步骤4获取到的历史数据存储到MySQL数据库中，对获取到的数据进行预处理，并按照8:2区分训练集和测试集，随机森林中每棵决策树模型的构建需遵循双随机原则(数据采样的随机、特征的随机)，运用随机森林算法对数据进行处理，得出训练好的模型。

(6)将我们实时采集的数据传输至故障诊断系统(挤塑机孪生体模型+ 挤塑机历史数据)中，将诊断的结果在Unity3D中弹出警示，并将故障诊断结果对应模型的相应位置进行弹出，弹出的画面以及模型对应的故障位置由编写的 C#脚本控制。

(7)确认的故障位置和故障类型正确一致后，将数据存入历史数据库中。

本发明通过构建虚拟挤塑机数字孪生模型，获取物理世界光缆制造设备挤塑机的使用环境数据、历史运行数据和实时数据等传输至数字孪生模型，并且通过挤塑机历史数据对决策树模型进行训练，通过训练好的模型对实时数据进行故障诊断，根据挤塑机数字孪生体模型和历史数据实现基于数字孪生的挤塑机故障诊断。

本发明基于数字孪生的挤塑机故障诊断系统，所述步骤(2)中将3Dmax 导入Unity3D中时需要设置单位大小，由于两款软件模型单位不一致需要设置，并且需要贴图一并导入。