CN114549124A - 一种基于仿真和数字样机的供应链系统 - Google Patents

Abstract

一种基于仿真和数字样机的供应链系统，包括运行在服务器上的供应链平台，所述的供应链平台上设有电机发布模块、仿真模块、电机集成模块、搜索模块、可穿戴设备连接模块、用户管理模块和在线交易模块。本发明中，客户可以在供应链平台上搜索所需要的电机产品，直观的查看数字化电机的外观3D模型、功能、性能仿真。此数字化电机和物理样机有一致的功能、特性，并且客户可以通过带传感器的可穿戴设备，直接感知数字话电机的振动、温升、温度等情况，将数字化样机现实化。供应商在平台所展示的数字化电机的电气参数全部覆盖各工况，更直观。本发明采用虚实结合的方式，更利于用户对电机等机电产品的选型和匹配。

Description

一种基于仿真和数字样机的供应链系统

技术领域

本发明涉及电机供应链领域，尤其是涉及一种基于仿真和数字样机的供应链系统。

背景技术

目前，工业机电产品子商务平台仅仅扩展了产品供应商信息的获取渠道和一些基本的客户所需尺寸性能参数及2维图片。然而，供需接触仅仅是产品需求的第一步，产品是否能够适应集成商的需求，形成稳定的供应链更多的工作依赖于产品物理样机的联调以及核心性能的匹配。随着计算机仿真技术的发展，数字化样机已经能够在很大程度上取代物理样机，数字化样机具备成本低、风险小、调试周期短等优势，因此，集成商亟需在采购前期获取产品的模型，以保障产品供应的适应性。另外，一些新型的仿真技术应用已足够快速并准确的支撑不同的供应链层级之间进行数据的互通以及匹配。

大部分的机电产品供应商都会在电子商务网站及公共供需平台上提供产品的样本数据，样本很长时间内成为集成商前期判断系统性能的唯一数据支持。然而，样本上的性能数据只是某些特定工况条件下的测试数据，随着机电产品的发展，对性能要求已经从孤立工况点的考核逐步转变为系统多场景、宽范围、动态性的综合评估。评估手段也相应地从传统样本、测试报告转变到数字化模型。样本和测试数据中还原的模型由于许多限制，这种模型无法适用于实际评估需要，勉强运用存在着巨大的风险。而数字化模型可直接携带电磁、结构、温升等多物理场领域丰富信息，在指定实际的材料特性后，利用仿真手段可应用于各种系统场景，定、动态性能的评估需求。

公开号为CN 107944666 A的中国专利文献公开了一种电机云设计平台，包括云基础服务子系统、开发云服务子系统、电机行业信息化服务子系统、设计资源库云服务子系统以及电机核心设计云服务子系统。该发明解决了传统个体设计和电机计算机辅助设计软件在互联能力、共享能力、交易能力、接口能力及内外部协作能力等方面的不足，在电机产品创新、设计数字化、智能制造、质量工艺等方面综合提升行业水平。

但是，现有技术中，基于云计算的电机平台没有将数字样机增强现实化。仅仅是虚拟样机的3D、性能等的数字化展示。用户不能直观现实的感知产品，缺少交互性。用户不能直观的感知到数字样机的振动、噪音、温升等，不能如同进入到真实世界。现有技术中的数字样机不具备听觉、触觉、运动等感知功能。现有技术和用户的系统匹配、用户发布需求信息及供应商仿真机电产品联动性差。增加了用户拿到样机后，性能需求不匹配的风险。

发明内容

本发明提供了一种基于仿真和数字样机的供应链系统，使得客户和供应商能在平台上高效率交互，并结合虚拟现实技术，通过触觉、听觉、视觉、运动深刻感知真实的机电产品。

一种基于仿真和数字样机的供应链系统，包括运行在服务器上的供应链平台，所述的供应链平台上设有：

电机发布模块，用于电机供应商根据材料特性、结构参数来建模数字化电机，完成建模后发布至供应链平台；发布的内容包括数字化电机的外观3D模型、性能参数以及数字化电机在各个系统工况下的虚拟展示数据，所述的虚拟展示数据包含振动数据、温升数据和噪音数据；

仿真模块，用于集成商和客户对数字化电机做仿真验证，模拟数字化电机在需要的工况下的电气性能；

电机集成模块，用于集成商根据数字化电机集成数字化电机产品，并通过仿真模块对集成的电机产品进行仿真验证，输出数字化电机产品的外观3D模型以及对应的各类物理场数据；

搜索模块，用于搜索供应链平台上已发布的数字化电机和对应的结构参数、性能参数以及虚拟展示数据；

可穿戴设备连接模块，用于与可穿戴设备连接，客户通过可穿戴设备匹配虚拟展示数据来感知数字化电机和数字化电机产品的外观以及对应的虚拟展示数据和物理场数据；

用户管理模块，用于管理供应商、客户以及集成商的信息，实现身份识别和权限控制；

在线交易模块，用于完成客户的下单过程以及供应商的发货过程。

本发明利用仿真和数字样机的技术，供应链各层级的产品数字化模型直接携带电气、结构、振动、噪音、温升、热等丰富信息。在指定实际的材料特性、结构参数后，利用仿真手段可应用于各种系统场景，定、动态性能的评估需求。能让不同层级的应用层直接感知到机电产品的电气、结构性能，实现虚拟产品的现实技术，提高客户和产品的交互性。用户通过穿戴上带有传感器的眼镜或者手套，能直接操作数字电机，触摸并感知电机的温度、温升、热、振动，并且能听到机电产品的噪音。

进一步地，所述的供应链平台上还设有需求发布模块，所述的需求发布模块用于供客户或集成商发布电机需求信息，供应链平台接收到需求信息后发送给平台上所有的电机供应商。

进一步地所述的虚拟展示数据在建模完成后经过有限元的仿真工具计算直接生成，具体过程为：

通过计算数字化电机的电磁力、模态得到振动和噪声的数字信号，进而将数字信号的输出转化为实际振动和噪声的声音等级；

通过分析电磁性能，计算得到数字化电机的各零部件的损耗，进而对各零部件的热属性进行建模，利用等效热电路的方法快速得到电机的温升。

进一步地，所述的电机发布模块还用于发布数字化电机产品，集成商在电机集成模块集成数字化电机产品后在电机发布模块进行发布，供客户选购。

进一步地，所述的电机集成模块中，集成商根据新产品的实际研发需求，在供应链平台上选择相关的数字化电机，通过平台提供的仿真模块融合数字化电机和其他元器件，集成得到数字化电机产品，进行系统的性能仿真，得到对应的物理场数据。

进一步地，可穿戴设备连接模块与带有传感器的眼镜和手套连接，用户通过穿戴上带有传感器的眼镜和手套，能直接操作数字化电机和数字化电机产品，触摸并感知电机的温度、温升、热和振动，并且能听到电机的噪音，看到主要的频谱分析。

进一步地，所述仿真模块主要进行CAE和CAD仿真，包括3D结构、效果图、虚拟化场景及多物理域数据，并输出到可穿戴设备。

进一步地，所述的供应链平台上设有数据池，供应商建模数字化电机的各零部件的原始材料数据、客户对电机的电机需求信息、集成商构建数字化电机产品的性能指标及结构参数均导入数据池中；

在利用仿真模块进行仿真之前，系统自动对数据池中的数据完整性进行判断，数据不完整的话返回数据池，提示用户完善数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在设计前期就能暴露出电机的性能缺陷，验证设备间的匹配性，而不是像传统采购流程一样需要在经过漫长的样机出来后才发现问题，从而大幅度降低研发、采购风险，缩短开发周期和成本，加速产品上市时间，提高成功率与竞争优势。

2、集成商等客户通过该供应链系统，可以在平台上提前触摸并感知真实样机的振动、噪音、温升等，将数字化样机现实化；电机的电气参数全部覆盖各工况，而非现有传统电子样本的单点工况数据，更直观；采用虚实结合的方式，更利于用户对电机等机电产品的选型和匹配。

3、本发明客户和供应商能在平台上高效率交互，并结合虚拟现实技术，通过触觉、听觉、视觉、运动深刻感知真实的机电产品。

附图说明

图1为本发明基于仿真和数字样机的供应链系统的数据处理流程图；

图2为本发明基于仿真和数字样机的供应链系统的业务支撑架构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

一种基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，包括运行在服务器上的供应链平台，所述的供应链平台上设有电机发布模块、仿真模块、电机集成模块、搜索模块、需求发布模块、可穿戴设备连接模块、用户管理模块和在线交易模块。

电机发布模块用于电机供应商根据材料特性、结构参数来建模数字化电机，完成建模后发布至供应链平台；发布的内容包括数字化电机的外观3D模型、性能参数以及数字化电机在各个系统工况下的虚拟展示数据，所述的虚拟展示数据包含振动数据、温升数据和噪音数据。

仿真模块用于集成商和客户对数字化电机做环境系统仿真验证，模拟数字化电机在需要的工况下的电气性能。电机集成模块，用于集成商根据数字化电机集成数字化电机产品，并通过仿真模块进行仿真验证，输出数字化电机产品的外观3D模型以及对应的各类物理场数据。

搜索模块用于搜索供应链平台上已发布的数字化电机和对应的结构参数、性能参数以及虚拟展示数据。需求发布模块用于供客户或集成商发布电机需求信息，供应链平台接收到需求信息后发送给平台上所有的电机供应商。

可穿戴设备连接模块用于与可穿戴设备连接，客户通过可穿戴设备匹配虚拟展示数据来感知数字化电机和数字化电机产品的外观以及对应的虚拟展示数据和物理场数据。

用户管理模块用于管理供应商、客户以及集成商的信息，实现身份识别和权限控制。在线交易模块用于完成客户的下单过程以及供应商的发货过程。

本发明的供应链系统核心在于提供了机电产品性能仿真参数，以各零部件及子系统仿真的数据或数字样机技术为核心进行供应链各层级的供应链数据的交互。且利用仿真技术的虚拟化，数字化电机机直接携带电气、结构、振动、噪音、温升、热等多物理场的丰富信息。在指定实际的材料特性、结构参数后，利用仿真手段可应用于各种系统场景，定、动态性能的评估需求。能让用户直接感知到机电产品的电气、结构性能，并进行相应的结构及性能的匹配。实现虚拟产品的现实技术，提高客户和产品的交互性。

用户通过穿戴上特殊带有传感器的眼镜或者手套，能直接操作数字化电机进行系统的结构匹配以及性能参数的虚拟体验。触摸并感知电机的温度、温升、热、振动，并且能听到机电产品的噪音，看到主要的频谱分析。

本发明中，供应商提供的产品样本不仅是特定工况下的单一测试或仿真数据，而且包括各工况、系统多场景、宽范围、动态性的数字化电机的综合评估。上下游之间可以直接调用所需产品及数据进行协同仿真及评估供应链匹配性。数字化电机在各个工况下的振动、温升和噪音在建模完成后经过有限元的仿真工具计算直接生成。具体方式为：

1，通过计算电机的电磁力、模态等可以解析计算得到振动、噪声，进而振动噪音的等级可以通过数字信号的输出转化为实际的声音等级。

2，通过分析电磁性能的计算可以得到电机的各零部件的损耗，进而对各零部件的热属性进行建模，利用等效热电路的方法可以快速得到电机的温升。

集成商能够通过此供应链平台，充分做出系统匹配和选型。机电产品(例如电机)供应商看到需求发布，可以创建数字化电机的模型，供集成商选用。集成商一方面可以通过虚拟设备直接进行机械结构的尺寸编辑及校核，另一方面，可以通过平台的仿真模块直接融合供应商的产品信息，进行系统的性能仿真，并能够输出一定的虚拟样机各类物理场数据供用户了解。集成商集成的数字化电机产品可以放在平台上供客户选购下单。

客户可以通过VR技术将更全面了解机电产品的特性，有3D尺寸、性能、传感设备和感知等，为用户提供多信息、三维动态、交互式的产品体验。供应商主要负责电机产品的开发、发布等工作；集成商主要负责集成电机、控制器等配套产品；客户主要电机的使用者。

如图1所示，供应商建模数字化电机的各零部件的原始材料数据、客户对电机的电机需求信息、集成商构建数字化电机产品的性能指标及结构参数均导入数据池中。系统自动对完整性进行判断，数据不完整的话返回数据池，提示用户完善数据，数据完整的话进行CAE/CAD仿真。仿真主要包括3D结构及效果图，虚拟化场景及多物理域数据。输出到VR等增强型操作设备，传感器及视觉设备。由此展示出电机的结构参数、性能参数、温度、振动、NVH参数等。用户通过VR眼镜/智能穿戴设备体验并感受电机产品。以此判断此款电机是否符合自身需求。

本实施例的执行主体是服务器，服务器上运行有基于仿真和数字化的供应链平台。当集成商或客户有系统级产品研发需求，并且因此有电机等机电产品需求时，客户在平台上搜索想要的电机产品。如果刚好搜到有所需要的电机产品，可以在平台上打开数字样机，直观的查看数字样机的外观3D模型、功能、新能仿真及各分项模型。此数字样机和物理样机有一致的功能、特性。并且客户可以通过带传感器的可穿戴设备，直接感知数字样机的振动、温升、温度等情况，将数字化样机现实化。且平台所展示的数字样机的电气参数全部覆盖各工况，更直观。采用虚实结合的方式，更利于用户对电机等机电产品的选型和匹配。本发明客户和供应商能在平台上高效率交互。并结合虚拟现实技术，通过触觉、听觉、视觉、运动深刻感知真实电机。客户可以在平台上对数字电机与控制器做环境系统仿真验证，若电机符合系统要求，确定购买意向，则客户在线下单采购电机。系统自动处理订单，发送给电机供应商。电机供应商按照客户的需求，交货日期和数量安排电机制造。

若客户通过平台没有搜索到想要的电机，则在平台上发布电机需求。系统自动发送需求信息至各电机供应商。有意向的电机工厂在获取客户详细需求后，可以在平台上快速建模仿真电机的各个电气性能、参数。包括但不限于电机各工况各特性曲线、温升、噪音、振动等电机行业关注的特性。完成数字样机建模后，电机供应商发布电机数字样机至平台。平台自动提示之前检索电机的客户。客户通过打开新建的数值样机进行在线查看与系统匹配。后续流程同上述检索到符合的样机的后续操作。直至物理电机配送至客户。

如图2所示，为本发明供应链系统的业务支撑架构图，具体包括：

(1)平台基础设施层，购买阿里云提供的云服务进行部署，购买ECS服务器、GPU主机部署平台各种服务器组件和数据库，购买NAS高性能存储建立文件数据存储底层系统，同时基于阿里云“函数计算”超算资源建设平台弹性计算能力。

(2)平台基础服务层，面向平台运维需要，提供基础底层服务，基于基础设施建立系统运维功能底层开发框架，为业务引擎接入提供“平台级”服务，能够保证支撑SaaS或其他软件服务提供商各种应用系统长时间、稳定的运行。

(3)平台业务支撑服务层，根据顶层业务需求，建立强大技术中台，为顶层业务的定义、扩展提供技术支撑。仿真分析引擎是子平台“心脏”，既是整个子平台的核心价值，也是其他子平台功能增值的造血模块。通过有限元建模技术、网格剖分技术，结合多物理领域的仿真分析算法、仿真优化算法、规范化设计模板为顶层业务提供仿真分析能力；数据管理模块通过复杂数据结构支持存储顶层业务所需各种数据访问和处理；同时，结合用户管理模块和在线交易模块，实现用户身份识别、权限控制功能，为仿真功能的购买和市场化运营提供业务支撑。

(4)平台顶层业务层，针对工业企业产品研发流程中的实际需求和痛点，打通供应链中的交互壁垒以及快速时间效应。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，包括运行在服务器上的供应链平台，所述的供应链平台上设有：

电机发布模块，用于电机供应商根据材料特性、结构参数来建模数字化电机，完成建模后发布至供应链平台；发布的内容包括数字化电机的外观3D模型、性能参数以及数字化电机在各个系统工况下的虚拟展示数据，所述的虚拟展示数据包含振动数据、温升数据和噪音数据；

仿真模块，用于集成商和客户对数字化电机做仿真验证，模拟数字化电机在需要的工况下的电气性能；

电机集成模块，用于集成商根据数字化电机集成数字化电机产品，并通过仿真模块对集成的电机产品进行仿真验证，输出数字化电机产品的外观3D模型以及对应的各类物理场数据；

搜索模块，用于搜索供应链平台上已发布的数字化电机和对应的结构参数、性能参数以及虚拟展示数据；

可穿戴设备连接模块，用于与可穿戴设备连接，客户通过可穿戴设备匹配虚拟展示数据来感知数字化电机和数字化电机产品的外观以及对应的虚拟展示数据和物理场数据；

用户管理模块，用于管理供应商、客户以及集成商的信息，实现身份识别和权限控制；

在线交易模块，用于完成客户的下单过程以及供应商的发货过程。

2.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述的供应链平台上还设有需求发布模块，所述的需求发布模块用于供客户或集成商发布电机需求信息，供应链平台接收到需求信息后发送给平台上所有的电机供应商。

3.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述的虚拟展示数据在建模完成后经过有限元的仿真工具计算直接生成，具体过程为：

通过计算数字化电机的电磁力、模态得到振动和噪声的数字信号，进而将数字信号的输出转化为实际振动和噪声的声音等级；

通过分析电磁性能，计算得到数字化电机的各零部件的损耗，进而对各零部件的热属性进行建模，利用等效热电路的方法快速得到电机的温升。

4.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述的电机发布模块还用于发布数字化电机产品，集成商在电机集成模块集成数字化电机产品后在电机发布模块进行发布，供客户选购。

5.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述的电机集成模块中，集成商根据新产品的实际研发需求，在供应链平台上选择相关的数字化电机，通过平台提供的仿真模块融合数字化电机和其他元器件，集成得到数字化电机产品并进行性能仿真，得到对应的物理场数据。

6.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，可穿戴设备连接模块与带有传感器的眼镜和手套连接，用户通过穿戴上带有传感器的眼镜和手套，能直接操作数字化电机和数字化电机产品，触摸并感知电机的温度、温升、热和振动，并且能听到电机的噪音，看到主要的频谱分析。

7.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述仿真模块主要进行CAE和CAD仿真，包括3D结构、效果图、虚拟化场景及多物理域数据，并输出到可穿戴设备。

8.根据权利要求1所述的基于仿真和数字样机的供应链系统，其特征在于，所述的供应链平台上设有数据池，供应商建模数字化电机的各零部件的原始材料数据、客户对电机的电机需求信息、集成商构建数字化电机产品的性能指标及结构参数均导入数据池中；

在利用仿真模块进行仿真之前，系统自动对数据池中的数据完整性进行判断，数据不完整的话返回数据池，提示用户完善数据。

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