CN113421008A - 一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法和系统，系统包括：纺织成套装备监测模块，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；纺织成套装备故障治理模块，用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；纺织成套装备健康管控推广模块，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。

Description

一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法和系统
技术领域
本发明属于电子工程和计算机科学领域，具体涉及一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法和系统。
背景技术
纺织成套装备作为一种需要长时间、高强度运转的设备，如织丝机、落丝机以及堆垛机等，对其安全稳定运行的性能要求就变得很高，高性能的纺织成套装备是一个长期迭代的结果，主要包括故障发生、故障分析、排故和再设计、再制造，这其中，对故障监测的越准确，后期迭代的产品性能就越高，所以纺织成套装备的故障精细化监测是一方面；但是某一家或几家产品性能的提升并不能拉动整个纺织成套装备行业的发展。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法及系统，通过纺织成套装备的用户方、制造方和行业监管方的共同参与，该方法包括纺织成套装备监测模块设计、织成套装备故障治理模块设计、以及纺织成套装备健康管控推广模块设计，能够在一定程度上实现对纺织成套装备故障的精准化定位、排故以及经验共享，并推动纺织成套装备整体行业的发展。
本发明的技术方案为：一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，包括如下步骤：
步骤(1)、进行纺织成套装备监测，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
步骤(2)、进行纺织成套装备故障治理，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
步骤(3)、进行纺织成套装备健康管控推广，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
进一步的，所述步骤(1)进行纺织成套装备监测，具体包括：
(1.1)基于纺织成套装备物理实体构建纺织成套装备三维几何模型，然后将纺织成套装备制造方的机械/材料/热力学数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为纺织成套装备三维几何模型的属性，最后构建出纺织成套装备数字孪生模型；
(1.2)将相同的激励作为纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型的输入，以纺织成套装备物理实体的输出为基准，判断纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型输出之间的差值，以差值是否满足纺织成套装备工艺要求为约束，对纺织成套装备数字孪生模型进行迭代；
(1.3)基于构建的纺织成套装备数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测和展示，并将纺织成套装备出现的故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据以及故障现象等，发送给纺织成套装备制造方和行业监管方；
进一步的，所述步骤(2)进行纺织成套装备故障治理，具体包括：
(2.1)针对纺织成套装备发生的故障，纺织成套装备用户方首先基于纺织成套装备数字孪生模型完成故障的模拟、仿真，并指导故障修复，当不能修复故障时，进入(2.2)，否则进入步骤(3)；
(2.2)纺织成套装备行业监管方首先检查纺织成套装备工艺是否符合标准规范，如果符合则进入(2.3)，否则，指导纺织成套装备用户方按照标准规范修改工艺，并返回(2.1)；
(2.3)纺织成套装备制造方在纺织成套装备数字孪生模型上调整机械/材料/热力学属性参数，并将纺织成套装备用户方发过来的故障发生时的故障信息包括工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为调整属性参数后的数字孪生模型的输入，判断故障现象是否消除，如果没有消除则继续调整属性参数；如果消除则进入(2.4)；
(2.4)纺织成套装备制造方基于(2.3)中故障修复后的机械/材料/热力学属性参数，完成纺织成套装备的再设计和再制造，并将故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为新的纺织成套装备的输入，测试是否会发生故障，如果依然发生故障则返回(2.3)，如果没有故障，则将故障产生原因和修复经验发送给纺织成套装备用户方和行业监管方。
进一步的，所述步骤(3)进行纺织成套装备健康管控推广，具体包括：
纺织成套装备行业监管方将纺织成套装备故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据，以及故障现象，在纺织成套装备数字孪生模型上展示，将故障修复的经验同步展示在数字孪生模型上，以便行业内的其他厂家参考。
根据本发明的另一方面，还提出一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，包括：
纺织成套装备监测模块，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
纺织成套装备故障模块，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
纺织成套装备健康管控推广模块，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
进一步的，所述纺织成套装备监测模块，具体实现包括：
(1.1)基于纺织成套装备物理实体构建纺织成套装备三维几何模型，然后将纺织成套装备制造方的机械/材料/热力学数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为纺织成套装备三维几何模型的属性，最后构建出纺织成套装备数字孪生模型；
(1.2)将相同的激励作为纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型的输入，以纺织成套装备物理实体的输出为基准，判断纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型输出之间的差值，以差值是否满足纺织成套装备工艺要求为约束，对纺织成套装备数字孪生模型进行迭代；
(1.3)基于构建的纺织成套装备数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测和展示，并将纺织成套装备出现的故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据以及故障现象等，发送给纺织成套装备制造方和行业监管方；
进一步的，所述纺织成套装备故障治理模块，具体实现包括：
(2.1)针对纺织成套装备发生的故障，纺织成套装备用户方首先基于纺织成套装备数字孪生模型完成故障的模拟、仿真，并指导故障修复，当不能修复故障时，进入(2.2)；
(2.2)纺织成套装备行业监管方首先检查纺织成套装备工艺是否符合标准规范，如果符合则进入(2.3)，否则，指导纺织成套装备用户方按照标准规范修改工艺，并返回(2.1)；
(2.3)纺织成套装备制造方在纺织成套装备数字孪生模型上调整机械/材料/热力学属性参数，并将纺织成套装备用户方发过来的故障发生时的故障信息包括工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为调整属性参数后的数字孪生模型的输入，判断故障现象是否消除，如果没有消除则继续调整属性参数；如果消除则进入(2.4)；
(2.4)纺织成套装备制造方基于(2.3)中故障修复后的机械/材料/热力学属性参数，完成纺织成套装备的再设计和再制造，并将故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为新的纺织成套装备的输入，测试是否会发生故障，如果依然发生故障则返回(2.3)，如果没有故障，则将故障产生原因和修复经验发送给纺织成套装备用户方和行业监管方。
进一步的，所述纺织成套装备健康管控推广模块，具体实现包括：
纺织成套装备行业监管方将纺织成套装备故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据，以及故障现象，在纺织成套装备数字孪生模型上展示，将故障修复的经验同步展示在数字孪生模型上，以便行业内的其他厂家参考。
有益效果：
本发明与现有技术相比的优点在于：传统的纺织成套装备故障的排故很难定位到材料、机械、热力学等相对底层的层面，同时故障的修复经验也存在传播和指导的障碍，而本发明的方法能够在一定程度上实现对纺织成套装备故障的精准化定位、排故以及经验共享，并推动纺织成套装备整体行业的发展。
附图说明
图1为本发明的一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法的示意图；
图2为本发明的一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法的流程框图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，提出一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法和系统，该方法涉及到纺织成套装备的用户方、制造方和行业监管方，包括了纺织成套装备监测模块设计、织成套装备故障治理模块设计、以及纺织成套装备健康管控推广模块设计，能够在一定程度上实现对纺织成套装备故障的精准化定位、排故以及经验共享，并推动纺织成套装备整体行业的发展。
参见图1-2所示，本发明一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，包括如下步骤：
步骤(1)、进行纺织成套装备监测，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
步骤(2)、进行纺织成套装备故障治理，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
步骤(3)、进行纺织成套装备健康管控推广，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
根据本发明的另一个实施例，一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，包括：
纺织成套装备监测模块，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
纺织成套装备故障模块，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
纺织成套装备健康管控推广模块，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
具体实施方式如下：
图2中的1表示纺织成套装备监测模块、图2中的2表示织成套装备故障治理模块、图2中的3表示纺织成套装备健康管控推广模块；
设计纺织成套装备监测模块，具体实现如下：
①基于纺织成套装备物理实体构建纺织成套装备三维几何模型，然后将纺织成套装备制造方的机械/材料/热力学数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为纺织成套装备三维几何模型的属性，最后构建出纺织成套装备数字孪生模型；
②将相同的激励作为纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型的输入，以纺织成套装备物理实体的输出为基准，判断纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型输出之间的差值，以差值是否满足纺织成套装备工艺要求为约束，对纺织成套装备数字孪生模型进行迭代；
③基于构建的纺织成套装备数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测和展示，并将纺织成套装备出现的故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据以及故障现象等，发送给纺织成套装备制造方和行业监管方；
纺织成套装备故障治理模块，具体实现如下：
①针对纺织成套装备发生的故障，纺织成套装备用户方首先基于纺织成套装备数字孪生模型完成故障的模拟、仿真，并指导故障修复，当不能修复故障时，进入②，否则进入纺织成套装备健康管控推广模块；
②纺织成套装备行业监管方首先检查纺织成套装备工艺是否符合标准规范，如果符合则进入③，否则，指导纺织成套装备用户方按照标准规范修改工艺，并返回①；
③纺织成套装备制造方在纺织成套装备数字孪生模型上调整机械/材料/热力学等属性参数，并将纺织成套装备用户方发过来的故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据等故障信息作为调整属性参数后的数字孪生模型的输入，判断故障现象是否消除，如果没有消除则继续调整属性参数；如果消除则进入④；
④纺织成套装备制造方基于③中故障修复后的机械/材料/热力学等属性参数，完成纺织成套装备的再设计和再制造，并将故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为新的纺织成套装备的输入，测试是否会发生故障，如果依然发生故障则返回③，如果没有故障，则将故障产生原因和修复经验发送给纺织成套装备用户方和行业监管方；
纺织成套装备健康管控推广模块，具体实现为：纺织成套装备行业监管方将纺织成套装备故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据，以及故障现象，在纺织成套装备数字孪生模型上展示，同时在保护纺织成套装备用户方和制造方各自商业秘密的前提下(如控制故障修复经验的细粒度，如果不觉得是公司商业秘密，则以最细的粒度展示故障修复经验，否则，以能够接收的粒度展示故障修复经验)，将故障修复的经验同步展示在数字孪生模型上，以便行业内的其他厂家参考。
综上所述，本发明公开了一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法及系统，该方法涉及到纺织成套装备的用户方、制造方和行业监管方，包括了纺织成套装备监测模块设计、织成套装备故障治理模块设计、以及纺织成套装备健康管控推广模块设计，能够在一定程度上实现对纺织成套装备故障的精准化定位、排故以及经验共享，并推动纺织成套装备整体行业的发展。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、进行纺织成套装备监测，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
步骤(2)、进行纺织成套装备故障治理，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
步骤(3)、进行纺织成套装备健康管控推广，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，其特征在于，所述步骤(1)进行纺织成套装备监测，具体包括：
(1.1)基于纺织成套装备物理实体构建纺织成套装备三维几何模型，然后将纺织成套装备制造方的机械/材料/热力学数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为纺织成套装备三维几何模型的属性，最后构建出纺织成套装备数字孪生模型；
(1.2)将相同的激励作为纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型的输入，以纺织成套装备物理实体的输出为基准，判断纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型输出之间的差值，以差值是否满足纺织成套装备工艺要求为约束，对纺织成套装备数字孪生模型进行迭代；
(1.3)基于构建的纺织成套装备数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测和展示，并将纺织成套装备出现的故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据以及故障现象等，发送给纺织成套装备制造方和行业监管方。
3.根据权利要求1所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，其特征在于，所述步骤(2)进行纺织成套装备故障治理，具体包括：
(2.1)针对纺织成套装备发生的故障，纺织成套装备用户方首先基于纺织成套装备数字孪生模型完成故障的模拟、仿真，并指导故障修复，当不能修复故障时，进入(2.2)，否则进入步骤(3)；
(2.2)纺织成套装备行业监管方首先检查纺织成套装备工艺是否符合标准规范，如果符合则进入(2.3)，否则，指导纺织成套装备用户方按照标准规范修改工艺，并返回(2.1)；
(2.3)纺织成套装备制造方在纺织成套装备数字孪生模型上调整机械/材料/热力学属性参数，并将纺织成套装备用户方发过来的故障发生时的故障信息包括工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为调整属性参数后的数字孪生模型的输入，判断故障现象是否消除，如果没有消除则继续调整属性参数；如果消除则进入(2.4)；
(2.4)纺织成套装备制造方基于(2.3)中故障修复后的机械/材料/热力学属性参数，完成纺织成套装备的再设计和再制造，并将故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为新的纺织成套装备的输入，测试是否会发生故障，如果依然发生故障则返回(2.3)，如果没有故障，则将故障产生原因和修复经验发送给纺织成套装备用户方和行业监管方。
4.根据权利要求1所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控方法，其特征在于，所述步骤(3)进行纺织成套装备健康管控推广，具体包括：
纺织成套装备行业监管方将纺织成套装备故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据，以及故障现象，在纺织成套装备数字孪生模型上展示，将故障修复的经验同步展示在数字孪生模型上，以便行业内的其他厂家参考。
5.一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，其特征在于，包括：
纺织成套装备监测模块，基于纺织成套装备物理实体构建三维模型，将纺织成套装备制造方的机械/材料数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为其三维模型的属性并构建出数字孪生模型，将其物理实体和数字孪生模型输入相同的激励，通过判断各自输出及差值，完成数字孪生模型的迭代；基于构建的数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测；
纺织成套装备故障模块，当纺织成套装备出现故障时，通过用户方、制造方和行业监管方共同完成故障的定位和消除；
纺织成套装备健康管控推广模块，行业监管方基于数字孪生模型和故障生命周期完成行业内推广。
6.根据权利要求5所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，其特征在于，所述纺织成套装备监测模块，具体实现包括：
(1.1)基于纺织成套装备物理实体构建纺织成套装备三维几何模型，然后将纺织成套装备制造方的机械/材料/热力学数据、用户方的工艺数据、行业监管方的标准规范作为纺织成套装备三维几何模型的属性，最后构建出纺织成套装备数字孪生模型；
(1.2)将相同的激励作为纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型的输入，以纺织成套装备物理实体的输出为基准，判断纺织成套装备物理实体和纺织成套装备数字孪生模型输出之间的差值，以差值是否满足纺织成套装备工艺要求为约束，对纺织成套装备数字孪生模型进行迭代；
(1.3)基于构建的纺织成套装备数字孪生模型完成纺织成套装备运行状态监测和展示，并将纺织成套装备出现的故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据以及故障现象等，发送给纺织成套装备制造方和行业监管方。
7.根据权利要求5所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，其特征在于，所述纺织成套装备故障治理模块，具体实现包括：
(2.1)针对纺织成套装备发生的故障，纺织成套装备用户方首先基于纺织成套装备数字孪生模型完成故障的模拟、仿真，并指导故障修复，当不能修复故障时，进入(2.2)；
(2.2)纺织成套装备行业监管方首先检查纺织成套装备工艺是否符合标准规范，如果符合则进入(2.3)，否则，指导纺织成套装备用户方按照标准规范修改工艺，并返回(2.1)；
(2.3)纺织成套装备制造方在纺织成套装备数字孪生模型上调整机械/材料/热力学属性参数，并将纺织成套装备用户方发过来的故障发生时的故障信息包括工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为调整属性参数后的数字孪生模型的输入，判断故障现象是否消除，如果没有消除则继续调整属性参数；如果消除则进入(2.4)；
(2.4)纺织成套装备制造方基于(2.3)中故障修复后的机械/材料/热力学属性参数，完成纺织成套装备的再设计和再制造，并将故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流以及振动数据作为新的纺织成套装备的输入，测试是否会发生故障，如果依然发生故障则返回(2.3)，如果没有故障，则将故障产生原因和修复经验发送给纺织成套装备用户方和行业监管方。
8.根据权利要求5所述的一种数字孪生纺织成套装备健康管控系统，其特征在于，所述纺织成套装备健康管控推广模块，具体实现包括：
纺织成套装备行业监管方将纺织成套装备故障信息，包括故障发生时的工艺数据、运行时间、电压电流、振动数据，以及故障现象，在纺织成套装备数字孪生模型上展示，将故障修复的经验同步展示在数字孪生模型上，以便行业内的其他厂家参考。
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