[发明专利]一种数字样机及其虚拟传感方法

说明书

本发明涉及一种数字样机及其虚拟传感方法。其中，数字样机包括：产品信息显示模块、系统性能模型库、部件物理模型库、数字样机降维模块、数据库、物理样机接口和地面试验系统接口；产品信息显示模块包括仿真/运行数据收发子模块和数据显示子模块；系统性能模型库包括性能仿真子模块、模型实时化子模块和性能数据收发子模块；部件物理模型库包括多场仿真子模块和多场仿真数据收发子模块；数字样机降维模块包括试验数据筛选子模块、降维算法子模块和物理场数据收发子模块；数据库包括仿真数据库和试验数据库。解决了高端装备在运维过程中状态监测困难、运维数据无法全面获取、可传输数据有限问题。

技术领域

本发明涉及数字孪生技术领域，具体而言，涉及一种数字样机及其虚拟传感方法。

背景技术

数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力；作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务；数字样机是数字孪生技术的核心，在装备总体设计、制造与交付过程中，主要对装备的设计方案、制造工艺、交付状态等进行数字化描述，支撑工业部门装备研制生产，通过建立不同的要素模型，用以在研制的不同阶段指导设计工作。

然而随着数字化交付的推动，更多的数字样机需要在运维端供用户使用，以支持其对产品运行和维护的指导，但目前的数字样机体系对产品运维阶段支撑存在明显不足，具体包括：现阶段产品的运行状态仅能通过少量传感器获取关键信息，这一现状导致产品的状态信息难以全面获取，无法对产品的运行状态进行全面精准的监控；针对高端装备，传感器的布置又会造成产品可靠性下降，线路布局对产品的布置也会造成影响；在小型化、轻量化的发展趋势下，高端装备由于安装位置、体积质量约束，无法有效布置传感器；高温、高压位置如高温燃烧室、超高压引气源由于测量对象的限制无法选用合适的传感器，大量流场、温度场、压力场数据又无法通过传感器获取；高端装备的状态信息往往要通过硬线或无线通讯传输到上位机或处理器中进行存储和处理，然而随着整机复杂性的增强，通讯协议和传输通道有限，无法满足大量状态信息的独立传输。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的不足，为解决高端装备在运维过程中状态监测困难、运维数据无法全面获取、可传输数据有限的问题，本发明提供了一种数字样机及其虚拟传感方法。

第一方面，本发明提供了一种数字样机，数字样机包括：产品信息显示模块、系统性能模型库、部件物理模型库、数字样机降维模块、数据库、物理样机接口和地面试验系统接口；

产品信息显示模块包括仿真/运行数据收发子模块和数据显示子模块；仿真/运行数据收发子模块接收系统性能模型库传输的实时仿真信息、接收数字样机降维模块传输的部件物理场信息、接收物理样机传输的状态信息和传感器信息，同时，仿真/运行数据收发子模块向系统性能模型库发送初始条件和边界约束，向数字样机降维模块发送状态信息和传感器信息；数据显示子模块用于加载显示出产品的几何形态、运行状态；

系统性能模型库包括性能仿真子模块、模型实时化子模块和性能数据收发子模块；性能仿真子模块用于进行产品功能性能仿真，并对系统性能模型进行调试和更新；模型实时化子模块用于对系统性能模型进行实时化处理；

部件物理模型库包括多场仿真子模块和多场仿真数据收发子模块；多场仿真子模块用于进行产品部件的各类物理场仿真计算；

数字样机降维模块包括试验数据筛选子模块、降维算法子模块和物理场数据收发子模块；试验数据筛选子模块用于对数据库的海量数据进行筛选；降维算法子模块用于对部件物理模型库中的多类物理场模型进行降维处理；

地面试验系统包括系统性能试验和部件独立试验；