CN112597584A - 基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法及装置，其中，方法包括：构建至少一个空天动力数字样机模型；确定设计任务流程和/或仿真计算流程；根据至少一个空天动力数字样机模型在设计任务流程和/或仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。该方法通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
Description
技术领域
本发明涉及空天动力设计技术领域，特别涉及一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法及装置。
背景技术
无论是狭义的还是广义的数字样机，都具有以下三个技术特点：
(1)真实性。数字样机的根本存在目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能或者内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。
(2)面向产品全生命周期。数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。
(3)多学科交叉性。复杂产品设计通常设计机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。
然而，相关技术中在设计实物过程的迭代次数较多，且不能有效实现虚拟样机全生命周期的贯通，有待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法，通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
本发明的另一个目的在于提出一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置。
本发明的又一个目的在于提出一种电子设备。
本发明的再一个目的在于提出一种计算机可读存储介质
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法，包括以下步骤：构建至少一个空天动力数字样机模型；确定设计任务流程和/或仿真计算流程；以及根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。
本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法，通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，并结合发动机研制全生命周期过程，明确了样机的内涵、传递和转换逻辑，形成了伴随发动机需求分析、方案设计、工程设计全过程的数字孪生样机载体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
另外，根据本发明上述实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机，包括：获取仿真数据，其中，所述仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据；根据所述仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到所述数字样机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；根据所述设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成所述设计任务流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系；根据所述数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成所述仿真计算流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述至少一个空天动力数字样机模型包括功能样机模型、构造样机模型、性能样机模型和工程样机模型中的一种或多种。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置，包括：构建模块，用于构建至少一个空天动力数字样机模型。获取模块，用于确定设计任务流程和/或仿真计算流程；以及转换模块，用于根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。
本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置，通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，并结合发动机研制全生命周期过程，明确了样机的内涵、传递和转换逻辑，形成了伴随发动机需求分析、方案设计、工程设计全过程的数字孪生样机载体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转换模块包括：第一获取单元，用于获取仿真数据，其中，所述仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据；第二获取单元，用于根据所述仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到所述数字样机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块包括：第三获取单元，用于确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；第一生成单元，用于根据所述设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成所述设计任务流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块包括：第四获取单元，用于确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系；第二生成单元，用于根据所述数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成所述仿真计算流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述至少一个空天动力数字样机模型包括功能样机模型、构造样机模型、性能样机模型和工程样机模型中的一种或多种。
为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
为达到上述目的，本发明再一方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现上述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
图1是本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法的流程图。
如图1所示，该基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法包括以下步骤：
在步骤S101中，构建至少一个空天动力数字样机模型。
其中，在本发明的一个实施例中，至少一个空天动力数字样机模型包括功能样机模型、构造样机模型、性能样机模型和工程样机模型中的一种或多种。
具体而言，功能样机模型为各专业零维、一维或二维的快速仿真计算模型，对于部件级模型，可以是某离心压气机特性模型、某燃油泵性能计算模型等；对于系统级模型，可以是如XX发动机总体性能模型等。
构造样机模型为包含结构尺寸信息的二维/三维模型，对于部件级模型，可以是某型燃烧室的UG(Unigraphics，通用绘图)模型、某型斜流压气机UG模型等；对于系统级模型，可以是如XX发动机整机UG模型等。
性能样机模型为包含三维结构信息与性能信息甚至是三维性能场信息(如温度场、应力场等)的模型，对于部件级模型，可以是某压气机三维CFD(Computational FluidDynamics，计算流体动力学)计算模型、某尾喷管三维结构计算模型等，对于系统级模型，可以是如XX发动机全三维流固耦合计算模型等。
工程样机模型可以为包含生产制造信息(如公差、材料等)的构造样机，如发动机各大部件的TC模型等。
在步骤S102中，确定设计任务流程和/或仿真计算流程。
可以理解的是，本发明实施例可以在构建至少一个空天动力数字样机模型后，确定设计任务流程，或者确定仿真计算流程，或者确定设计任务流程和确定仿真计算流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；根据设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成设计任务流程。
可以理解的是，设计任务流程是规定各设计节点之间设计行为的逻辑关系，可包含设计参数/文件的传递和管理、任务指派、多人协同等信息，用以指引全周期设计仿真各阶段工作的开展。如快速方案设计流程：设计点计算→部件匹配计算→非设计点计算→……。
进一步地，在本发明的一个实施例中，确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系；根据数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成仿真计算流程。
可以理解的是，仿真计算流程是规定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系，可包含数据接口、参数映射关系、数据传递等信息，用以开展基于流程式的多学科联合仿真计算，如涡喷发动机总体性能计算流程：进气道→压气机→燃烧室→涡轮→加力燃烧室→尾喷管。
在步骤S103中，根据至少一个空天动力数字样机模型在设计任务流程和/或仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。进一步地，在本发明的一个实施例中，根据至少一个空天动力数字样机模型在设计任务流程和/或仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机，包括：获取仿真数据，其中，仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据；根据仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到数字样机。
可以理解的是，数字孪生可以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。
根据本发明实施例提出的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法，通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，并结合发动机研制全生命周期过程，明确了样机的内涵、传递和转换逻辑，形成了伴随发动机需求分析、方案设计、工程设计全过程的数字孪生样机载体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置。
图2是本发明实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置的方框示意图。
如图2所示，该基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置10包括：构建模块100、获取模块200和转换模块300。
其中，构建模块100用于构建至少一个空天动力数字样机模型。获取模块200用于确定设计任务流程和/或仿真计算流程；转换模块300用于根据至少一个空天动力数字样机模型在设计任务流程和/或仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，转换模块300包括：第一获取单元和第二获取单元。其中，第一获取单元，用于获取仿真数据，其中，仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据。第二获取单元，用于根据仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到数字样机。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块200包括：第三获取单元和第一生成单元。其中，第三获取单元用于确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；第一生成单元，用于根据设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成设计任务流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块200包括：第四获取单元和第二生成单元。其中，第四获取单元用于确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系。第二生成单元，用于根据数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成仿真计算流程。
进一步地，在本发明的一个实施例中，至少一个空天动力数字样机模型包括功能样机模型、构造样机模型、性能样机模型和工程样机模型中的一种或多种。
需要说明的是，前述对基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置，通过构建空天动力多学科、多部件、多维度、多场相互耦合的逼真度更高的发动机数字孪生体，并结合发动机研制全生命周期过程，明确了样机的内涵、传递和转换逻辑，形成了伴随发动机需求分析、方案设计、工程设计全过程的数字孪生样机载体，实现虚拟样机的全生命周期贯通，支持设计过程在虚拟世界的多次迭代，减少在实物过程的迭代次数。
本发明实施例提出一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被设置为用于执行上述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现上述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建至少一个空天动力数字样机模型；
确定设计任务流程和/或仿真计算流程；以及
根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机，包括：
获取仿真数据，其中，所述仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据；
根据所述仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到所述数字样机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：
确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；
根据所述设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成所述设计任务流程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定设计任务流程和/或仿真计算流程，包括：
确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系；
根据所述数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成所述仿真计算流程。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个空天动力数字样机模型包括功能样机模型、构造样机模型、性能样机模型和工程样机模型中的一种或多种。
6.一种基于数字孪生的数字样机构建及模型转换装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于构建至少一个空天动力数字样机模型。
获取模块，用于确定设计任务流程和/或仿真计算流程；以及
转换模块，用于根据所述至少一个空天动力数字样机模型在所述设计任务流程和/或所述仿真计算流程下通过数字孪生得到发动机数字样机。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转换模块包括：
第一获取单元，用于获取仿真数据，其中，所述仿真数据包括物理模型数据、传感器更新数据、运行历史数据；
第二获取单元，用于根据所述仿真数据并集成仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以通过反映相对应的实体装备的全生命周期过程，得到所述数字样机。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
第三获取单元，用于确定各设计节点之间设计行为的逻辑关系；
第一生成单元，用于根据所述设计行为的逻辑关系指引全周期设计仿真各阶段工作，生成所述设计任务流程；
第四获取单元，用于确定数值仿真模型间数据传递的逻辑关系；
第二生成单元，用于根据所述数据传递的逻辑关系开展基于流程式的多学科联合仿真计算，生成所述仿真计算流程。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如权利要求1-5任一项所述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的基于数字孪生的数字样机构建及模型转换方法。
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| CN114154294B (zh) * | 2021-10-20 | 2023-06-13 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种航空发动机高空模拟试验的虚拟试验架构 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112597584B (zh) | 2024-05-28 |
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