CN111950147B - 一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法及装置，包括：构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态。本发明通过将样机模型与对应的数字孪生模型进行映射，统一和规范了数字孪生体的构成要素，做到对象和行为的有机组合，可扩展性强，便于应用。

Description

一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法及装置

技术领域

本申请属于软件仿真技术领域，尤其是涉及一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法及装置。

背景技术

产品样机模型是一个复杂的装备，其本身包含很多子部件，各子部件的特点和功能又不尽相同，所采用的数字模型各异，如飞机有机体模型、发动机模型、航电系统、起落架模型等等构成，同时，整个生命周期中，不同的时间点，所关注的技术要点也不同，因此在设计制造为主的工业企业，要降低生产成本，提升产品的可靠性与可用性，就需要将产品在制造和调试之前，通过仿真测试排除各种可能会出现的问题。

数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。其最大特点是实体对象的动态仿真，目前数字孪生技术发展以应用层面居多，CAD的BOM表是很多数字孪生体的载体，也有以数据或方法为核心的数字孪生体，他们只能单独反映对象或行为，可扩展性差、不便于应用。

数字孪生体模型数据最终表现为产品的版本号统一比较费劲，同时数据又分散在产品的各个部门，查看起来又需要非常专业的工程师才能最终搞懂，经常表现为各部门相互推诿的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中以数据为核心的数字孪生体只能单独反映对象或行为，可扩展性差、不便于应用，以及数字孪生体数据不统一的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法及装置，本发明定义数字孪生体的方法通过将样机模型与对应的数字孪生模型进行映射，统一和规范了数字孪生体的构成要素，做到对象和行为的有机组合，可扩展性强，便于应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法，包括：

构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态。

本发明第二方面提供一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的装置，包括：

特征映射模块，用于构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

行为映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

起始状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

终止状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态。

本发明第三方面还提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行本发明第一方面所述的定义数字孪生体的方法。

本发明第四方面还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行本发明第一方面所述的定义数字孪生体的方法。

本发明的有益效果是：本发明通过统一和规范数字孪生体的构成要素，做到对象和行为的有机组合，可扩展性强，便于应用。

通过产品样机模型的特征能够很好的集成产品版本号、仿真、试验、加工等数据，使数字孪生体数据统一，并能完整的表示整个部件，同时在时间轴上又具备可扩展性。

应用本发明的方法可针对数字孪生的方法进行提炼和升级，将样机模型的作用充分发挥，可以使得数字孪生体在解决实际问题的过程中定义的更加清晰，同时也能使整个样机模型的组织结构更加完善。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本申请实施例的方法流程图；

图2是本申请实施例的产品样机模型与数字孪生体映射关系示意图；

图3是本申请实施例的产品样机模型的要素关系图；

图4是本申请实施例的一个具体应用示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

本发明第一实施例提供一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法，如图1所示，包括：

S1:构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

S2:将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

S3:将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

S4:将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态。

本实施例经过以上4个步骤，将一个样机模型与数字孪生体进行映射，其优点是通过样机模型可以直接查看样机模型中对应的各部件的相关数据，其数据能够与数字孪生体进行交互，且数据的变化随时通过数字孪生体进行仿真映射，得到部件的完整信息，部件信息对设计参考价值更高，更全面，并易于理解，可以和其他学科更容易交流。

产品样机模型与数字孪生体映射关系如图2所示，数字孪生体要从产品样机模型的子产品和子部件开始构建，直至完成整个生命周期的数字孪生体。

数字孪生模型本质上是表征物理结构的虚拟数据模型，通过建立数字孪生模型，并与产品样机模型对应，能够减少数据管理的复杂度，便于产品数据完整统一，追本溯源。本实施例运用样机模型来定义数字孪生体，可以满足对象和问题覆盖全面准确、模块和功能重用率高、软件架构可扩展能力强等需求。

产品样机模型是一个产品在整个设计、仿真、加工、组装、调试、运维等过程中建立起来的产品管理和维护的模型，核心要素是产品、行为、状态、特征，如图3所示。产品是指工业产品本身；特征指某种状态下工业产品的相关属性，比如形状，材料，位置，环境等；行为是指产品本身或者外部针对工业产品的相关动作，比如分析，组装，旋转等；状态是指工业产品在某种特定环境下表现出来的形态。

可选的，数字孪生体中构建的数字孪生模型包括CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)模型、CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)模型和数据模型。

CAD模型主要用于指导生产、装配，干涉检查、精度要求等产品数据。CAE模型是产品部件离散出很多形状规则或类似的单元，通过有限元的计算方法得出仿真结果，便于对产品的性能进行分析，得出产品的仿真数据。数据模型是产品在运行过程中的数据采集，如通过传感器等，能够通过试验的方式得出产品真实的性能数据。

以汽车设计过程中装配这个行为为例，汽车的设计人员在设计好汽车的各个零部件后，需要将这些零部件组装成一辆汽车模型，这里的产品就是汽车装配前的各个零部件，特征就是这些零部件的材料、形状等参数，将各零部件对应的数字孪生模型映射为材料、形状等特征参数。

可选的，S2中，将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为的步骤包括：

S21:将所述数字孪生模型进行的包括运动、变形、开机、关机的仿真分析和试验检测的动作，映射为样机模型的行为，和样机模型的行为对应起来，记录所述数字孪生体中模型各时间点的行为。

数字孪生体中表征的部件会进行一些运动、变形、开机、关机等仿真分析以及试验检测的动作，这些动作表征为样机模型的行为，将这些动作和样机模型的行为对应起来，能够完整的记录对应数字孪生模型的各种时间点的行为。

对于汽车装配来说，产品样机模型对应的行为就是装配这个动作，将对应的数字孪生模型的仿真动作映射为对应的零部件的“装配”这个行为。

可选的，S3中，数字孪生体中的数字孪生模型在仿真分析之前有一个原始状态，将相应的原始状态和样机模型的起始状态对应，通过样机模型可以查看所有孪生体模型的起始状态。

对于汽车装配来说，产品样机模型对应的起始状态就是针对装配这个行为，各个零部件组装前的初始位置参数，将对应数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型对应零部件的初始位置参数。

可选的，S4中，将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态的步骤包括：

将对应的所述数字孪生模型发生形变或者状态发生变化后的形态与样机模型的终止状态对应。

数字孪生模型经过仿真动作之后，得出一个仿真动作结果，这时的数字孪生模型已不再是原始状态，而是经过外部附加条件之后，数字孪生模型发生形变或者状态发生变化后的形态，和样机模型的终止状态对应。

对于汽车装配来说，通过装配这个行为后，产品样机模型对应的各零部件的终止状态就是汽车的零部件已经组装成了一辆汽车模型。将数字孪生模型的仿真动作结果映射为汽车模型。

如图4是本发明的一个应用实例中，某时刻产品样机模型与数字孪生体的映射关系。数字孪生体中构建了CAD模型、CAE模型和数据模型，各模型映射为样机模型中的特征参数。

CAD模型进行的仿真动作为干涉检查，CAE模型进行的仿真动作为仿真分析，数据模型进行的仿真动作为试验验证，各模型进行的动作分别映射为样机模型的对应行为参数。

CAD模型经过干涉检查后得到的动作结果为出图后进行的工艺生产，CAE模型经过仿真分析后得到的动作结果为分析后的优化迭代，数据模型的动作结果为经过试验验证后的数据入库，分别将各模型对应的动作结果映射为样机模型的终止状态。

经过上述映射关系，最终创建一个产品样机模型的数字孪生体。

本实施例通过产品样机模型的特征能够很好的集成产品版本号、仿真、试验、加工等数据，使数字孪生体数据统一，并能完整的表示整个部件，同时在时间轴上又具备可扩展性。

本发明第二实施例提供一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的装置，包括：

特征映射模块，用于构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

行为映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

起始状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

终止状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态。

可选的是，所述行为映射模块还用于：

将所述数字孪生模型进行的包括运动、变形、开机、关机的仿真分析和试验检测的动作，映射为样机模型的行为，和样机模型的行为对应起来，记录所述数字孪生体中模型各时间点的行为。

可选的是，所述终止状态映射模块还用于：

将对应的所述数字孪生模型发生形变或者状态发生变化后的形态与样机模型的终止状态对应。

本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述第一实施例所述的定义数字孪生体的方法。

本发明实施例还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述第一实施例所述的定义数字孪生体的方法。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (4)

1.一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法，其特征在于，包括：

构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态；

所述数字孪生模型包括CAD模型、CAE模型和数据模型；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为的步骤包括：

将所述数字孪生模型进行的包括运动、变形、开机、关机的仿真分析和试验检测的动作，映射为样机模型的行为，和样机模型的行为对应起来，记录所述数字孪生体中模型各时间点的行为；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态的步骤包括：

将对应的所述数字孪生模型发生形变或者状态发生变化后的形态与样机模型的终止状态对应。

2.一种以统一形式样机模型定义数字孪生体的装置，其特征在于，包括：

特征映射模块，用于构建产品样机模型对应的数字孪生体的数字孪生模型，将所述数字孪生模型映射为产品样机模型中对应产品的特征；

行为映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为；

起始状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的原始状态映射为产品样机模型中对应产品的起始状态；

终止状态映射模块，用于将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态；

所述数字孪生模型包括CAD模型、CAE模型和数据模型；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作映射为产品样机模型中对应产品相应时刻的行为的步骤包括：

将所述数字孪生模型进行的包括运动、变形、开机、关机的仿真分析和试验检测的动作，映射为样机模型的行为，和样机模型的行为对应起来，记录所述数字孪生体中模型各时间点的行为；

将数字孪生体对应的所述数字孪生模型的仿真动作结果映射为样机模型中对应产品的终止状态的步骤包括：

将对应的所述数字孪生模型发生形变或者状态发生变化后的形态与样机模型的终止状态对应。

3.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1所述的以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法。

4.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1所述的以统一形式样机模型定义数字孪生体的方法。

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