[发明专利]一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统及方法，所述系统包括包括云端管理子系统和盾构装备数字孪生子系统；所述盾构装备数字孪生子系统用于构建数字孪生体，提供盾构装备全生命周期所需要的数据传输、处理、预测、优化、诊断、控制以及数据模型可视化功能；所述盾构装备数字孪生子系统内设有区块链模块，用于完整记录数据并采通过数字凭证实现数字孪生体与盾构装备一对一的唯一性。本发明的优点是通过区块链对盾构装备数字孪生子系统在研发设计、制造及调试阶段的搭建过程进行记录/存储，并通过数字凭证实现数字孪生体与盾构装备一对一，确保所搭建的盾构装备数字孪生体是独一无二，防止有价值的数字体被无限复制。

技术领域

本发明涉及地下工程装备技术领域，具体涉及一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统及方法。

背景技术

盾构装备是典型的复杂装备，也是铁路、城建、水利、矿山和国防等领域基础设施建设不可或缺的重要装备，其技术特点为复杂度高、学科交叉度高、系统集成度高和定制化程度高，且应用工况十分复杂。在高原铁路、跨海通道、深埋国防工程等重大战略工程中，往往伴随着超恶劣自然环境、超风险地质条件以及超长大深地下空间结构等特征，对地下工程装备的适应性和智能化提出了更高的要求。随着装备制造业信息化、数字化、智能化已成为发展新趋势。数字孪生作为关键使能技术，越来越受到装备制造业的重视。利用数字孪生技术在虚拟空间中开展装备运行模拟优化，并与物理产品进行数据交互实现运维决策、健康预测和跨代产品迭代优化，是推进盾构装备等为代表的地下工程装备少人化、无人化施工的重要基础。

近年来，数字孪生技术已成为装备制造业的研究热点，大量文献对技术进展和成果进行了报道，部分领域已开展应用。对于盾构装备这样定制化程度及单台经济价值高的产品，构建数字孪生体并为其全生命周期提供预测、优化功能，不仅能确保重大工程的安全高效施工，且具备可观的潜在经济效益，如通过盾构物理装备和数字孪生体的多价值交付，形成数字资产，实现服务增值。然而，达到上述目标除了装备数字孪生体构建外，还需要解决数据、模型可信度以及孪生体确权等问题。现有公开的专利和文献有提到应用区块链技术来保障数字孪生可信度等研究，但基本都停留在概念阶段，没有针对不同行业、产品的特定需求给出可落地的实施方案。

综上所述，急需一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统及方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统及方法，具体技术方案如下：

本发明提出了一种基于区块链的盾构装备数字孪生管理系统，包括云端管理子系统和盾构装备数字孪生子系统；

盾构装备数字孪生子系统通过数据安全网关实现数据/模型同步更新，并分别在多个地址部署区块链全节点，实现云端管理子系统和各个盾构装备数字孪生子系统之间的数据同步，所述区块链全节点之间设有智能合约；所述盾构装备数字孪生子系统用于构建数字孪生体，提供盾构装备全生命周期所需要的数据传输、处理、预测、优化、诊断、控制以及数据模型可视化功能；

所述盾构装备数字孪生子系统内设有区块链模块，所述区块链模块用于在本地服务器部署节点建立区块链并生成对应盾构装备数字孪生子系统的数字凭证，并基于区块链将盾构装备在研发设计、制造及调试过程中产生的数字孪生特征数据上链进行存储，所述区块链完整记录盾构装备数字孪生子系统搭建过程并采通过数字凭证实现数字孪生体与盾构装备一对一的唯一性。

优选的，所述盾构装备数字孪生子系统包括数据交互处理模块、地质环境预测模块、关键性能预测模块、施工参数优化模块、健康监测诊断模块、智能控制模块以及可视化模块；所述关键性能预测模块、施工参数优化模块、健康监测诊断模块以及智能控制模块为功能模块；

所述数据交互处理模块用于采集现场数据并实现地质环境预测模块、关键性能预测模块、施工参数优化模块、健康监测诊断模块、智能控制模块、可视化模块以及区块链模块之间的数据交互以及数据处理；