CN112149261A - 基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统及方法，非接触转速传感器检测转子运行时转速模拟信号，油温传感器检测转子运行时油温模拟信号，振动传感器检测转子运行时壳体振动模拟信号；计算模块在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真模拟以获得结构强度模拟信号，通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出；数据分析服务器利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，在修正结构强度数字信号达到告警极限值时告警。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械结构强度实时仿真技术领域，特别是涉及一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度实时仿真系统及方法。
背景技术
航空发动机、燃气轮机、直升机旋翼、电机等主要组件都包括高度复杂的旋转类机械结构，旋转结构主要包含转子、轴承和壳体。
转子是旋转机械的核心部件。通常转子是用油膜轴承、滚动轴承或其它类型轴承支承在轴承座或机壳、箱体及基础等非转动部件上，从而构成了所谓的“转子-支承系统”，一台旋转机械能否可靠地工作主要决定于转子的运动是否正常。大量事实表明，旋转机械的大多数振动故障是与转子直接有关。比如由质量不平衡、转轴的弯曲或热变形、轴线不对中、油膜涡动及振荡、润滑油中断、推力轴承损坏、轴裂纹或叶片断裂、径向轴承磨损、部件脱落、动静部件接触和不均匀气隙等等原因引起的振动，都是与转子直接有关的振动故障。旋转机械的80％以上的振动故障是由转子不平衡、轴线不对中和轴承不稳定这三类原因引起的，而上述三种原因最终导致在旋转机械高速运动中产生的疲劳和损伤会使得机械的重大故障发生，轻则是设备宕机检修，重则机械出现不可修复性破坏。转子的疲劳寿命和损伤是此类机械最主要关注的问题。
因此通过故障诊断可以监视转子的运行状态，判断其是否正常运行；判断转子的故障，从而预测故障将来发生的趋势，并提供消除故障的思路，从而指导设备的运行和维修作业。
现阶段由于旋转机械的转子一般都是处于壳体组成的密闭工作环境，并由轴承支撑旋转工作，因此无法直接观测转子运行状态或者直接在转子上安装监测装置。大部分监测系统是通过监测转子支撑轴承的温度和设备壳体的振动参数间接推算出转子的工作边界条件。即通过对转子运动时温度、速度、振动响应变化的历史记录以及发生故障时的数据等大数据通过统计学算法或人工智能算法等来获得转子运行拟合曲线，并设置告警极值线。通过这种方法监测需要长时间的运行来获得相对准确的统计学和曲线，并需要故障来拟合告警线，这种方式容易发生故障漏报和误报，并且对定制的特种设备（单台无历史数据）基本无效，这是传感器数据间接分析监测对象的主要缺陷。
为了补充仅使用监测对象外围环境传感器来估算监测对象的缺陷，另一种监测方案使用结构强度有限元求解来进行系统改进，系统将获得的转子工作边界条件转换为转子有限元模型的载荷条件，通过有限元求解其应用和形变，由于有限元求解规模跟转子几何离散和精度尺度有关，目前还没有进行实时计算的能力，所以这种方法，仅对按一定规则抽取样本进行有限元异步计算而不是实时计算，把计算作为利用传感器数据的间接拟合算法的修正和补充插值来使用，这样形成传感器和有限元的混合数据来进行统计学分析。来寻找和发现转子可能的近似应力和形变变化和故障或告警的联系，以达到相对准确的监测目的。
目前，旋转机械实时监测系统采用以下处理过程组成监测系统：
由监测对象、传感器、传感器数采计算机/服务器、有/无线网络连接、高性能有限元求解服务器（只利用大数据分析方式可不配备有限元求解环境）、数据分析APP服务构成对旋转机械的转子部件进行运行时监测。一般系统运行过程为：
a)针对每件转子部件特征设计结构有限元求解方案，用于一对一结构强度求解；设计传感器（温度、速度、振动）布置方案，进行边界条件换算为有限元求解载荷条件；进行试算确定方程的修正参数，以形成针对特定转子的结构强度求解器。
b) 按设计方案在旋转机械上布置传感器（温度、速度、振动）。
c) 随设备配备具有传感器计入接口和模数转换（模拟信号转数字信号）模块的数据采集计算机。
d) 数据采集计算机通过无/有线网（跟据联网条件配置）接入到分析计算环境。
e) 分析计算环境种配置高性能有限元求解集群，并跟据数采端的识别和特定有限元求解器相连接（由于有限元求解的时间和计算机算力和算法方程有关，如果无法相对实时得到求解结果，则可忽略此步骤，直接对传感器数据进行分析）。
f)有限元求解结果（能够直接对转子运行情况分析）或传感器数据（间接对转子运行情况分析）传输到工业大数据分析APP，进行统计学分析（可以使用人工智能算法来估算转子运行故障的概率和告警）。
g) 人工监测客户端访问数据分析APP服务来对监测设备的运行情况进行查看，或数据分析APP服务以消息推送方式发生告警到人工监测客户端。
根据传感器配套的数据采集计算机的不同位置和用途，可以将现有系统分为两种系统架构来实现：
1)传感器与传感器数采计算机随监测对象配套使用，一套被监测设备，就近配置数采计算机来集合和预处理传感器数据，这种方案如图1所示。在这种架构中，每个被监测设备都需要配备配套的数采计算机以完成特定的数采和数据预处理。数采计算机输出数据通过有/无线网（根据联网环境）传输到工业云中的高性能仿真计算服务器或数据分析APP服务器（按前文所述选择方法）进行实时数据分析来监测转子设备运行状态。此方案缺陷是每台设备都配备计算机导致购置成本上升和维护量增加，并对被监测设备现场有一定条件要求。
传感器数采计算机不随监测对象配套使用，传感器通过有/无线网络接入云端的数采服务器，所有传感器数据由云端服务器统一预处理（可利用传感器供应商的数采中心采集数据），预处理结果在云端按需相响应的数据分析APP服务传输。这种方案如图2所示。在这种架构中，每个被监测设备统一向云端采集服务器传输数据，在云端服务器按照传感器识别码来分类和识别数据和特定设备的对应关系以完成特定的数采和数据预处理。数采服务器输出数据高性能仿真计算服务器或数据分析APP服务器（按前文所述选择方法）进行实时数据分析来监测转子设备运行状态。此种方案通过服务器取代了配套计算机，但由于数采服务由各自不同的解决方案构成，导致云端服务的集成难度较高，并存在数据质量保障难的潜在风险。
1、仅使用传感器数据进行运行时监测，由于无法采集被监测部件的直接数据，属于间接监测，其拟合准确性误差较大，并无法有效保障。
2、间接监测需长期数采和被监测对象历史故障数据作基础来寻找监测的拟合算法，虽然有机器学习和人工智能等方法，但容易在拟合时由于认知偏差出现较大的误差。
3、传感器数量和种类受限于被监测部件的布置条件，相对苛刻的条件会导致此方案无法产生实际效果。
4、对于一次性设备，或因定制等原因，被监测设备数量不足以形成足够大数据的情况，此监测方法无实用价值。
5、采用有限元作为传感器数据补充，并有可能把周边数据通过有限元计算为直接数据，一定层面改善了监测的适用范围，但目前为止有限元算法的计算效率性无法保障实时监测要求。
6、由于实时性差异，导致采用有限元计算方案，只能进行采样异步计算，一定层面减少了误报，但并不能有效减少漏报。
7、有限元求解器需针对没套被监测设备进行定制，其所需计算量巨大，导致成本巨大。
系统由数采计算机、仿真计算机、数据分析计算机组成，需处理数据庞大，计算量巨大，导致成本不可控，对于低附加值机械设备没有实际价值。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，所述旋转机械结构包括转子、轴承和壳体，其特点在于，所述旋转机械结构强度仿真系统包括安装于转子外部的非接触转速传感器、安装在轴承上的油温传感器、安装在壳体上的振动传感器、直接类比计算机和数据分析服务器，所述直接类比计算机包括模拟信号输入接口、含有多个特定类比计算单元的计算模块和模数转换输出接口；
所述非接触转速传感器用于实时非接触检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器用于实时检测转子运行时并采集油温模拟信号，所述振动传感器用于实时检测转子运行时导致壳体振动并采集壳体振动模拟信号；
所述计算模块用于在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真以获得转子的结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出；
所述数据分析服务器用于利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
较佳地，所述旋转机械结构强度仿真系统还包括配置模块，所述配置模块用于对直接类比计算机进行配置以匹配需要模拟的该旋转机械结构的转子实体模型；
所述配置模块包括构建单元、匹配单元和配置单元；
所述构建单元用于针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性；
所述匹配单元用于基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解；
所述配置单元用于根据该转子的求解的离散矩阵规模来配置相应数量的特定类比计算单元组成与计算规模匹配的计算模块，并配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
较佳地，所述直接类比计算机还包括补偿放大器，所述补偿放大器用于对模拟信号输入接口传来的转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号进行补偿放大以满足类比计算要求，并将补偿放大后模拟信号传输至计算模块。
较佳地，所述数据分析服务器采用工业私有云服务器。
本发明还提供一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真方法，其特点在于，其利用上述的旋转机械结构强度仿真系统实现，所述旋转机械结构强度仿真方法包括以下步骤：
S1、所述非接触转速传感器实时非接触检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器实时检测转子运行时并采集油温模拟信号，所述振动传感器实时检测转子运行时导致壳体振动并采集壳体振动模拟信号；
S2、所述计算模块在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真以获得转子的结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出；
S3、所述数据分析服务器利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
较佳地，所述旋转机械结构强度仿真系统还包括配置模块，所述配置模块对直接类比计算机进行配置以匹配需要模拟的该旋转机械结构的转子实体模型，所述配置模块包括构建单元、匹配单元和配置单元；
步骤S1之前还包括以下步骤：
所述构建单元针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性；
所述匹配单元基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解；
所述配置单元根据该转子的求解的离散矩阵规模来配置相应数量的特定类比计算单元组成与计算规模匹配的计算模块，并配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
较佳地，所述直接类比计算机还包括补偿放大器，在步骤S2中，所述补偿放大器对模拟信号输入接口传来的转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号进行补偿放大以满足类比计算要求，并将补偿放大后模拟信号传输至计算模块。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明可以满足设备关键零部件结构强度实时监测的灵敏度和即时性要求，并能降低整体系统的复杂性和成本，并提供系统的高可靠性。
本发明使用直接类比模拟计算速度快，可实时获得近似仿真模拟结果，这满足了设备实时监测的需求；并通过实时模拟仿真，可有效减少漏报错报；无需投资传统系统大量的数字计算机用于计算和分析，计算设备简单廉价，可有效降低综合成本；以类比计算单元为核心，运行稳定可靠，并可适应较苛刻运行环境，极大的减少了监测设备的维护量；此系统可应用于其它类似设备的实时监测上。
附图说明
图1为传统的第一种物联网端数据采集和分析处理架构图。
图2为传统的第二种物联网端数据采集和分析处理架构图。
图3为本发明实施例的类比计算单元作为边缘计算机的示意图。
图4为转子有限元求解矩阵转换为类比模拟计算单元组成的模拟组件示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，本实施例提供一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，所述旋转机械结构包括转子1、轴承2和壳体3，所述旋转机械结构强度仿真系统包括安装在转子1外部的非接触转速传感器、安装在轴承2上的油温传感器、安装在壳体3上的振动传感器、直接类比计算机、配置模块和数据分析服务器7，所述直接类比计算机包括模拟信号输入接口4、含有多个类比计算单元的计算模块5和模数转换输出接口6，所述数据分析服务器7采用工业私有云服务器。
所述配置模块用于对直接类比计算机进行配置以匹配需要模拟的该旋转机械结构的转子实体模型，所述配置模块包括构建单元、匹配单元和配置单元。
其中，所述构建单元用于针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性。
所述匹配单元用于基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解（见图4）。
在现有的旋转机械结构强度仿真系统中，采用配置有操作系统和存储/寄存器等组件的数字式计算机，其内集成有有限元求解软件，采集到的载荷模拟信号首先需要转换成数字信号，然后将数字信号传给有限元仿真方程进行求解以获得结构强度数字信号，在此过程中需要数学计算，在模数转换过程中会产生误差，整个系统的数据传输量和数值计算规模巨大，且计算速度慢。例如：采集到的载荷模拟信号分别为模拟信号S1、模拟信号S2和模拟信号S3，经模数转换后获得数字信号A1、数字信号B1和数字信号C1，将数字信号A1、数字信号B1和数字信号C1代入有限元仿真方程f中进行数学计算，计算出结构强度数字信号R1。
而本发明的旋转机械结构强度仿真系统中，利用类比模拟原理无需数学计算可直接类比模拟出方程组的近似结果，非常适合求解微分和偏微分方程，而且计算非常快，在计算规模（自由度）在类比计算单元容许范围内，几乎可以实时的给出计算结果。例如：采集到的载荷模拟信号分别为模拟信号S1、模拟信号S2和模拟信号S3，不进行模数转换，直接将模拟信号S1、模拟信号S2和模拟信号S3代入选用的类比计算单元中，无需数学计算直接类比模拟出结构强度模拟信号并可近似等价于数字信号R1。
所述配置单元用于根据该转子的求解离散矩阵规模来配置相应数量的选用的类比计算单元组成计算规模匹配的计算模块，配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
例如：汽车传动轴中的转子比较小，则配置的类比计算单元就比较少；火力发电机组中的转子比较大，则配置的类比计算单元就比较多，所以，本实施例中需要根据该转子的求解离散矩阵规模来配置相应数量，规模匹配的的选用的类比计算单元组成计算模块。
配置好直接类比计算机后，就可以进行该转子的结构强度仿真了。
所述非接触转速传感器用于实时检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器用于实时检测转子运行时并采集油温模拟信号，所述振动传感器用于实时检测转子运行时导致壳体振动并采集壳体振动模拟信号。
所述计算模块5用于在通过模拟信号输入接口4接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真模拟以获得结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口6将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出。
所述数据分析服务器7用于利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
人工监测客户端8通过互联网访问数据分析服务器上的数据分析APP服务，以获取被监测对象的运行状态，并人为判断对象的运行和告警情况以用于辅助人为处置的判断和决策。
进一步地，所述直接类比计算机还包括补偿放大器，所述补偿放大器用于对模拟信号输入接口4传来的转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号进行补偿放大以满足计算要求，并将补偿放大后模拟信号传输至计算模块5。
本实施例还提供一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真方法，其利用上述的旋转机械结构强度仿真系统实现，所述旋转机械结构强度仿真方法包括以下步骤：
步骤101、所述构建单元针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性。
步骤102、所述匹配单元基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解。
步骤103、所述配置单元根据该转子的求解的离散矩阵规模来配置相应数量的选用的类比计算单元，配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
步骤104、所述非接触转速传感器实时检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器实时检测转子运行时的油温模拟信号，所述振动传感器实时检测转子运行时的壳体振动模拟信号。
步骤105、所述计算模块在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行仿真模拟以获得结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出。
步骤106、所述数据分析服务器利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
步骤107、人工监测客户端通过互联网访问数据分析服务器上的数据分析APP服务，以获取被监测对象的运行状态，并人为判断对象的运行和告警情况以用于辅助人为处置的判断和决策。
本发明采用直接类比计算机（Direct Analog Computer）单元代替原系统中数字式数采计算机和传统仿真计算，从而去除了实时监测系统中的两层数据预处理（模数转换）和数值仿真计算机，使得整个系统的数据传输量和数值计算规模大大降低，并且能满足仿真计算实时性要求，可利用传感器信号作为输入直接针对旋转机械转子的运行状态模拟其应力和形变情况来进行实时监测。并且利用直接类比计算机结构简单，可靠性高，成本低廉，直接使用传感器输出模拟信息进行计算，无需频繁进行模数转换等优势，提高整个系统的运行效率，大大降低了系统的购置建设成本和系统的现场维护成本。
直接类比计算机是利用类比模拟原理进行计算的计算机，和数字式计算机的差异是相似性原理无需数学计算可直接模拟出方程组的近似结果，非常适合求解微分和偏微分方程，而且计算非常快，在计算规模（自由度）在类比计算单元容许范围内，几乎可以实时的给出计算结果，这非常适合用于相似性求解动静结构强度有限元方程。
直接类比计算机输入使用模拟信号，无需进行模数转换，不需要传统通用数字式计算机的存储/寄存器等组件，也无需配套的操作系统，有限元求解软件支持。
本发明采用直接类比计算机作为仿真计算机，因类比模拟计算机是根据被监测对象特性进行计算单元定制的，所以能够实现相互间的一对一个性化对应；同时直接类比计算机无人工干预自动进行模拟仿真计算，向数据分析APP服务传输的是经仿真计算后的结果而不是传感器数据，可采用间隔采样计算或实时计算（取决于被监测对象特性和要求），数据量小，质量高，简化了数据分析的复杂度，提高了整体系统的响应效率差和预测及时性。符合云计算的边缘计算特点，是云到边缘计算的一种技术实现，同时相似性计算组件作为转子实体的计算模型，实现了转子特性的数字孪生，是数字孪生技术范式在监测系统中的实现。
本方案的技术核心为：
1、本方案按照数字孪生技术范式实现，并结合了云计算，实现了云到边缘的计算范式。
2、通过周边传感器获取载荷条件使用直接类比模拟计算可实时计算被监测对象结构强度情况，并通过补充函数获得相对准确的近似解，从原间接监测转变为直接监测。
3、直接类比模拟可相对真实反应被监测对象相关物理特性，结果近似客观，可降低采样大数据统计方法由于认知导致的偏差。
4、此系统可对一次性设备或定制系统进行类比模拟计算，构建一一对应的数字孪生虚拟模型，适用性较广，尤其对特殊高附加值的机械设备有较大实用价值。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，所述旋转机械结构包括转子、轴承和壳体，其特征在于，所述旋转机械结构强度仿真系统包括安装于转子外部的非接触转速传感器、安装在轴承上的油温传感器、安装在壳体上的振动传感器、直接类比计算机和数据分析服务器，所述直接类比计算机包括模拟信号输入接口、含有多个特定类比计算单元的计算模块和模数转换输出接口；
所述非接触转速传感器用于实时非接触检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器用于实时检测转子运行时并采集油温模拟信号，所述振动传感器用于实时检测转子运行时导致壳体振动并采集壳体振动模拟信号；
所述计算模块用于在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真以获得转子的结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出；
所述数据分析服务器用于利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
2.如权利要求1所述的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，其特征在于，所述旋转机械结构强度仿真系统还包括配置模块，所述配置模块用于对直接类比计算机进行配置以匹配需要模拟的该旋转机械结构的转子实体模型；
所述配置模块包括构建单元、匹配单元和配置单元；
所述构建单元用于针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性；
所述匹配单元用于基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解；
所述配置单元用于根据该转子的求解的离散矩阵规模来配置相应数量的特定类比计算单元组成与计算规模匹配的计算模块，并配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
3.如权利要求1所述的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，其特征在于，所述直接类比计算机还包括补偿放大器，所述补偿放大器用于对模拟信号输入接口传来的转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号进行补偿放大以满足类比计算要求，并将补偿放大后模拟信号传输至计算模块。
4.如权利要求1所述的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真系统，其特征在于，所述数据分析服务器采用工业私有云服务器。
5.一种基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的旋转机械结构强度仿真系统实现，所述旋转机械结构强度仿真方法包括以下步骤：
S1、所述非接触转速传感器实时非接触检测转子运行时的转速模拟信号，所述油温传感器实时检测转子运行时并采集油温模拟信号，所述振动传感器实时检测转子运行时导致壳体振动并采集壳体振动模拟信号；
S2、所述计算模块在通过模拟信号输入接口接收到转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号后进行类比仿真以获得转子的结构强度模拟信号，并通过模数转换输出接口将结构强度模拟信号转换为结构强度数字信号输出；
S3、所述数据分析服务器利用补偿函数对结构强度数字信号进行修正以获得修正结构强度数字信号，并实时展示修正结构强度数字信号与时间的曲线图，以表征旋转机械结构运行时结构强度与时间的关系，且在修正结构强度数字信号达到告警极限值时进行告警。
6.如权利要求5所述的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真方法，其特征在于，所述旋转机械结构强度仿真系统还包括配置模块，所述配置模块对直接类比计算机进行配置以匹配需要模拟的该旋转机械结构的转子实体模型，所述配置模块包括构建单元、匹配单元和配置单元；
步骤S1之前还包括以下步骤：
所述构建单元针对转子实体模型，利用有限元方法构建转子实体模型的有限元仿真方程，并进行试算和调试，使有限元仿真方程符合转子实体模型的变形、应力物理特性；
所述匹配单元基于有限元仿真方程选用黏膜菌或蝶翅粉材料组成的类比计算单元，利用输入的转速、油温和壳体振动载荷数字信号和输出的结构强度数字信号与输入的转速、油温和壳体振动载荷模拟信号和输出的结构强度模拟信号的相关性关系，以及有限元仿真的微分方程与类比模拟微分方程的直接类比关系，对选用的类比计算单元进行配置获得特定类比计算单元以使其能够类比模拟有限元仿真方程的近似解；
所述配置单元根据该转子的求解的离散矩阵规模来配置相应数量的特定类比计算单元组成与计算规模匹配的计算模块，并配置模拟信号输入接口和模数转换输出接口。
7.如权利要求5所述的基于直接类比计算的旋转机械结构强度仿真方法，其特征在于，所述直接类比计算机还包括补偿放大器，在步骤S2中，所述补偿放大器对模拟信号输入接口传来的转速模拟信号、油温模拟信号和壳体振动模拟信号进行补偿放大以满足类比计算要求，并将补偿放大后模拟信号传输至计算模块。
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