CN115292993A - 一种洁净空间粒子监测的预警修正系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种洁净空间粒子监测的预警修正系统，包括粒子监测硬件设备、环境参数监测硬件设备、建模模块、数据采集监控模块、仿真模块和数字孪生模块。仿真模块基于粒子信息和环境信息并结合流体模型构建关于粒子信息和环境信息的相关性模型，从而得到CAE仿真结果，基于该结果构建数字孪生模块。数字孪生模块根据实时采集的粒子信息和环境信息对洁净空间未来粒子信息的变化趋势进行多层次预测，并将据预测结果反馈至环境控制模块使其继续运行当前方案或运行优化方案调整洁净空间的粒子状态，实现粒子监测趋势预测、洁净空间控制智能化。

Description

一种洁净空间粒子监测的预警修正系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术及环境质量控制技术领域，尤其涉及一种洁净空间粒子监测的预警修正系统。

背景技术

洁净环境监测技术及环境质量控制技术，与净化工程技术深度集成，广泛应用于电子、核能、航空航天、生物工程、制药、精密机械、化工、食品、汽车制造和现代科学等高科技产业。以半导体设备为例，洁净工程技术在微电子技术中起着重要的作用，微电子技术的核心是集成电路，集成电路的生产对其工艺环境和工艺中的洁净技术和设备提出了严格的要求。现有技术中，常利用粒子监测设备如粒子计数器实现对环境气体中粒子的监控，一般情况下监测设备在监测空间对象超出监测标准时，会发出警报，用于提示监测空间对象的异常，提醒操作人员对监测空间对象的异常进行记录或者修复。

然而，通常情况下，当被监测空间对象发生异常时一般都伴随着例如产品良率降低等损失，被监测对象受监测设备监测的本质目的是希望被监测对象一直处于正常状态，监测设备的异常报警固然可以降低损失，但是技术人员更希望能够开发出在异常发生前进行预警的监测设备，用以在异常发生前采取修正措施，避免损失的发生，实现粒子监测的趋势预测、洁净控制智能化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的全部或部分不足，本发明的目的在于：提供一种洁净空间粒子监测的预警修正系统，能对洁净空间未来粒子信息的变化趋势进行多层次预测实现粒子监测趋势预测；本发明的另一个目的是将预测结果反馈至环境控制模块并使其继续运行当前方案或运行优化后的环境控制方案调整洁净空间的未来粒子状态，实现洁净空间的智能化控制。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种洁净空间粒子监测的预警修正系统，包括：粒子监测硬件设备，用于监测并输出洁净空间中的粒子信息；环境参数监测硬件设备，用于监测并输出影响洁净空间洁净度的环境信息；数据采集监控模块，与所述粒子监测硬件设备和所述环境参数监测硬件设备信号连接，获取所述粒子信息和所述环境信息，并对获取的所述粒子信息进行实时监控；数字孪生模块，从所述数据采集监控模块获取源于所述粒子监测硬件设备输出的所述粒子信息和所述环境参数监测硬件设备输出的所述环境信息，并基于数字孪生模块中的数字孪生分析模型依据接收到的所述粒子信息和所述环境信息对所述洁净空间未来的粒子信息的变化趋势进行多层次预测。该技术方案的有益效果在于，通过在所监测的洁净空间中设置粒子监测硬件设备和环境参数监测硬件设备采集所监测的环境空间中的粒子信息和环境信息，获取真实物理环境下洁净空间中的粒子信息和环境信息，为后续环境信息－粒子信息的相关性分析模型的构建提供真实的数据支持；通过设置数据采集监控模块实时接收粒子信息和环境信息，并对所接收到的粒子信息进行实时监控；数据孪生模块根据实时粒子信息、环境信息并基于数据孪生分析模型对所监测的洁净空间中的未来粒子信息的变化趋势及结果进行多层次预测，实现对洁净空间中粒子信息的变化趋势进行预测。

所述数据采集监控模块包括实时监测单元、数据采集单元和报警单元；所述数据采集单元与所述粒子监测硬件设备、所述环境参数监测硬件设备信号连接以获取所述粒子信息和所述环境信息；所述实时监测单元中预设有监测标准，其实时接收从所述数据采集单元输出的粒子信息并依据所述监测标准输出监测结果，所述监测结果可触发所述报警单元，进行报警。该技术方案的有益效果在于，通过数据采集单元对粒子信息和环境信息的进行实时采集，并将上述数据实时传递至实时监测单元，实时监测单元将所接收到的粒子信息与预设的监测标准进行比对，如果当下存在不合格就将该监测结果传递至报警单元进行报警提示工作人员及时对洁净空间进行修护，可实现在数字孪生模块开始运行前一方面实时采集、监控当下洁净空间的粒子信息合格与否，若不合格则报警；另一方面通过不断地采集粒子信息和环境信息也为后续构建数字孪生模型提供真实数据支撑。

所述数据采集监控模块还包括用于数据累积的数据存储单元，所述数据存储单元接收并存储来自所述数据采集单元输出的粒子信息和环境信息及所述实时监测单元输出的所述监测结果。通过数据存储单元对粒子信息、环境信息和监测结果进行存储累积。

还包括建模模块和仿真模块；所述建模模块基于所述粒子监测硬件设备、所述环境参数监测硬件设备在所述洁净空间中的位置参数和所述洁净空间的几何参数构建BIM模型，并基于所述的粒子信息、环境信息结合所述BIM模型构建关于所述洁净空间的流体模型；所述仿真模块获取来自所述数据采集监控模块的粒子信息和环境信息，并基于所述流体模型通过CAE仿真技术构建关于以所述环境信息为边界条件、所述粒子信息为分析目标的相关性分析模型。该技术方案的有益效果在于，建模模块根据洁净空间（指需要满足一定洁净度要求的物理空间）的几何参数（如环境调试设备的位置信息以及洁净空间中的生产设备的位置信息等几何参数）以及粒子监测硬件设备和环境参数监测硬件设备在洁净空间中的位置参数构建BIM模型，并基于粒子信息（包括物理空间中的粒子数量、粒子粒径、粒子浓度及其分布等）、环境信息（包括物理空间中的环境气压、气流流速流向、环境温度和环境湿度等能够影响洁净空间中气体及气体中颗粒物的粒子状态的参数）结合BIM模型构建关于洁净空间的流体模型；仿真模块从数据采集监控模块中接收粒子信息和环境信息，并基于流体模型通过CAE技术进行以环境信息为边界条件和以粒子信息为分析目标的强相关性分析研究，构建关于当下所监测的洁净空间中的粒子信息和环境信息的相关性模型，衡量环境信息和粒子信息两者间的相关密切程度。

所述相关性分析模型通过CAE有限元虚拟仿真，根据所接收的环境信息输出作为CAE仿真结果的CAE仿真粒子信息，基于所述CAE仿真结果构建数字孪生分析模型。在相关性模型中根据接收的环境信息通过CAE有限元虚拟仿真输出与之相对应的CAE仿真粒子信息即CAE仿真结果，并基于CAE仿真结果构建数字孪生分析模型为后续预测洁净空间未来粒子信息的变化趋势提供模型支撑。

所述仿真模块实时接收从所述数据采集监控模块输出来自粒子监测硬件设备的粒子信息和来自环境参数监测硬件设备的环境信息，并获得与所述环境信息相对应的CAE仿真粒子信息；若所述CAE仿真粒子信息与实时所接收的粒子信息不吻合，则迭代所述相关性分析模型，直至所述CAE仿真粒子信息与实时接收的粒子信息相吻合。该技术方案的有益效果在于，仿真模块通过实时接收从数据采集单元输出的粒子信息和环境信息，并根据实时接收的环境信息通过相关性模型输出与之相对应的CAE仿真粒子信息（为虚拟粒子信息），并将实时接收的粒子信息和所输出的CAE仿真粒子信息相比对，若所输出的CAE仿真粒子信息和实时接收的粒子信息不一致，则迭代相关性分析模型直至CAE仿真粒子信息与实时接收的粒子信息相吻合，从而实现相关性分析模型迭代优化，使后续的仿真结果精确性进一步提高。

数字孪生模块实时从所述数据采集监控模块获取粒子监测硬件设备输出的粒子信息和环境参数监测硬件设备输出的环境信息，并结合此前所接收到的粒子信息和环境信息预测所述洁净空间未来粒子信息的变化趋势。数字孪生模块根据此前所接收的粒子信息和环境信息结合实时所接收的粒子信息和环境信息对所监测的洁净空间的未来粒子信息的变化趋势进行预测。

在所述数字孪生模块中预设有预警条件集合X，Y为所述数字孪生分析模型输出的预测结果值集合；当Y触发X时，所述数字孪生模块发出示警。该技术方案的有益效果在于：当数字孪生分析模型通过多层次预测得到的未来所监测的洁净空间中的粒子数值不达标即Y触发X时，发出示警，实现粒子监测趋势预警。

当Y触发X时，所述数字孪生模块对当前所收集到的粒子信息和环境信息进行数据截断，并通过分类算法构建第一模型；设定所述洁净空间中未来粒子信息的修正目标值，通过所述环境信息作为边界条件优化，采用回归算法建立第二模型生成通过调整环境信息使粒子信息达到修正目标值的拓扑优化方案。该技术方案的有益效果在于，当Y触发X时即预测结果不达标时，数字孪生分析模型接收示警并对所采集的洁净空间（局部或整体）的粒子信息和环境信息进行数据截断处理，通过分类算法利用截断数据构建随机森林或决策树等第一模型，在第一模型的基础上，设定修正目标值（低于预警值的值），采用回归算法建立第二模型生成通过调整环境信息（即以环境信息作为边界条件优化）使粒子信息达到修正目标值的拓扑优化方案，实现对洁净空间中未来粒子信息的修正。

所述预警修正系统还包括用于实现拓扑优化方案的环境控制模块；当Y触发X时所述环境控制模块接收拓扑优化方案并执行，当Y未触发X时，所述环境控制模块继续执行当前运行方案。通过在预警修正系统中设置环境控制模块，数字孪生分析模型将预测结果反馈至环境控制模块并使其继续运行当前方案或运行拓扑优化方案调整所监测的洁净空间的环境参数从而调整未来洁净空间中粒子状态，实现对洁净空间的智能化控制。

所述预警修正系统还包括修正控制模块，所述修正控制模块同时与所述数字孪生模块和环境控制模块信号连接；其接收从所述数字孪生模块输出的拓扑优化方案，并控制所述环境控制模块执行其所接收的所述拓扑优化方案。通过增设修正控制模块实现预警修正系统的预测与修正功能的分离，即利用数字孪生模块完成对未来粒子信息变化趋势的预测，然后再通过修正控制模块完成对洁净空间运行方案的智能化控制。

所述多层次预测包括对环境信息中各参数的变化引起粒子信息中各参数变化的预测。该技术方案的有益效果在于，所述多层次预测可对所述洁净空间整体未来粒子信息的预测、对所述洁净空间局部未来粒子信息的预测以及依据不同等级洁净度对未来粒子信息的预测。

所述预警修正系统还包括显示模块，所述显示模块显示的信息包括所述数据采集模获得的数据、所述数字孪生模块的预测结果和所述环境控制模块的运行方案。通过设置显示模块可以根据用户需求将上述粒子信息、环境信息及其二次加工的数据在显示模块中显示，以便人工查看。

所述预警修正系统还包括输入性配置单元，所述输入性配置单元输入的参数包括监测标准。通过设置输入性配置单元可将监测标准导入预警修正系统中，还可以在预警修正系统中输入预警值等根据需求需要输入的数据。

所述粒子信息包括粒子数量、粒子粒径、粒子浓度中一种或多种；所述环境信息包括洁净空间中环境气压、气流流速、气流流向、环境温度和环境湿度中一种或多种。通过获取粒子数量、粒子粒径、浓度等粒子信息，以及获取气压、气流流速流向、温度、湿度等能够影响洁净空间粒子分布因素的数据从而构建流体模型、仿真模块和数字孪生模块，实现对洁净空间粒子信息的多层次预测。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：通过设置粒子检测硬件设备和环境参数监测硬件设备采集洁净空间中的粒子信息和环境信息，数据采集监控模块对上述数据进行实时收集、存储和监控，实现对当前空间中的粒子信息实时监测预警的功能；通过对上述数据进行存储为构建相关性分析模型提供真实的数据支撑，且通过实时对上述数据进行收集不断的自我学习迭代相关性分析模型进而迭代优化数字孪生模型，不断提高预测的精确性；通过基于粒子检测硬件设备和环境参数监测硬件设备在洁净空间中的位置以及所监测的洁净空间的几何参数构建BIM模型，基于BIM模型结合粒子信息和环境信息构建关于所监测洁净空间的流体模型，使得数字孪生模块对未来洁净空间粒子变化趋势的预测更加精确；通过设置仿真模块，利用数据采集监控模块所收集到的粒子信息和环境信息基于BIM模型构建关于两者的相关性模型，构建虚拟数字空间；基于CAE仿真结果构建数字孪生分析模型，对洁净空间未来粒子信息进行多层次预测，实现粒子监测趋势预测；数字孪生分析模型还可以将预测结果与预先设定的预警条件进行比较，并根据比较的结果控制环境模块运行拓扑优化方案或继续运行当前方案，实现洁净空间的智能化控制；通过设置显示模块和输入性配置模块，可实时显示监测数据和监测结果，同时可通过输入性配置模块输入或更改预警条件或其他需要输入的信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中预警修正系统的结构示意图。

图2为本发明实施例一中多层次监测的示例图。

图3为本发明实施例二中预警修正系统的结构示意图。

图4为本发明实施例二中另一种预警修正系统的结构示意图。

附图标记：1-洁净空间；2-环境参数监测硬件设备；3-粒子监测硬件设备；4-数据采集监控模块；5-数字孪生模块；6-环境控制模块；7-流体模型；8-仿真模块；9-修正控制模块。

具体实施方式

下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例一

如图1所示，在本实施例中提供了一种洁净空间粒子监测的预警修正系统，用于实现环境监测系统的预警，包括：环境参数监测硬件设备2、粒子监测硬件设备3、数据采集监控模块4、数字孪生模块5。具体而言，粒子监测硬件设备3用于监测并输出所监测的洁净空间1中的粒子信息，粒子监测硬件设备3根据需要可以采用包括粒子计数器等监测洁净空间的装置，并可以实施多点布置，具体的粒子监测硬件设备3在能实现粒子信息获取的前提下不做特异性限定，粒子信息包括但不限于粒子数量、粒子粒径、浓度及其分布等信息中的一种或多种；上述粒子主要指洁净空间1中的微小的固态颗粒物（微米级别的例如0.1-25微米），比如说微小的粉尘颗粒。此外，上述所说的洁净空间1指空气洁净度达到一定洁净等级的物理空间。

环境参数监测硬件设备2用于收集监测洁净空间中能够影响洁净空间1中粒子信息的环境信息，上述影响因素包括气压、气流流速、气流流量、气流流向、温度、湿度等能够影响洁净空间中气体状态及气体中颗粒物的粒子状态的参数中一种或多种，具体可以根据实际需要确定。环境参数监测硬件设备2可以根据需要采用单独的温度传感器、湿度传感器、气流流量传感器、气流流向检测仪、气流流速检测仪等用于实现环境信息获取的装置进行监测，并可以实施多点布置，具体的环境参数监测硬件设备2在能实现环境信息获取的前提下不做特异性限定，也可以利用一般的控制温湿度的设备来获取环境温湿度信息，但在所监测洁净空间1的物理空间相对较大的情况下，如果仅采用控制温湿度或气压、气流流速等的设备来获取环境信息，则无法对洁净空间1中的某些局部空间进行较好的环境监测。在本实施例中，采用单独的温湿度传感器、气流流量传感器作为粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2，将上述传感器放置于洁净空间1中的不同地方，以便获取更加贴近真实环境的环境信息。当然，待监测洁净空间1中的粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2的数量可以依据需求设置，在此不做限定。

数据采集监控模块4与放置于洁净空间1中的粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2信号连接，获取粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2所监测的粒子信息和环境信息，并对粒子信息进行实时监控。

数字孪生模块5接收数据采集监控模块4获取的由粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2输出的粒子信息和环境信息，并基于数字孪生模块5中的数字孪生分析模型对洁净空间1未来粒子信息的变化趋势进行多层次预测。

在本实施例中，数据采集监控模块4包括：实时监测单元、数据采集单元和报警单元，数据采集单元与粒子监测硬件设备3、环境参数监测硬件设备2信号连接以接收粒子信息和环境信息；实时监测单元中预设有监测标准，其实时接收从数据采集单元输出的粒子信息并依据所述监测标准输出监测结果，监测结果可触发所述报警单元，进行报警。当粒子监测硬件设备3及环境参数监测硬件设备2多点分布时，分别获取其各分布点粒子监测硬件设备3及环境参数监测硬件设备2的粒子信息和环境信息，实时监测单元对各分布点分别实时监测。这里将数据采集监控模块4从粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件2设备接收粒子信息和环境信息后输出的信息称为第一粒子信息、第一环境信息，第一粒子信息包括从粒子监测硬件设备3获取的粒子信息，第一环境信息包括从环境参数监测硬件2获取的环境信息。在数据采集监控模块4内部，将数据采集单元从粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2获取粒子信息后输出的信息称为第二粒子信息，获取环境信息后输出的信息称为第二环境信息。

具体而言，在实时监测单元中设定数值D为实时监测单元接收得到的粒子信息的值集合，A为根据所监测洁净空间1保持洁净的粒子容量设定的预警值集合；当D中数值大于或等于A中对应的预警值时，实时监测单元将该监测结果传递至报警单元，报警单元进行报警，提示操作人员及时进行修复。在本实施例中，如图2所示，所监测的洁净空间的洁净度等级为ISO2级，要求洁净空间中的直径为0.1µm的粒子的浓度小于100颗/m³，预警值集合A中0.1µm的粒子的预警值设定为100颗/m³，当实时监测单元接收得到的粒子信息的值集合D中0.1µm的粒子的浓度为大于或等于100颗/m³的值时，如实时监测单元接收得到的粒子信息的值集合D中0.1µm的粒子的浓度为101颗/m³时，即表明当下洁净空间1中的粒子浓度已经超过预警值，实时监测单元将该监测结果传递至报警单元进行报警，提示操作人员及时进行修复。当然，在其他实施例中，预警值可以根据要求设定，在此不做限定。

数据采集监控模块4还包括用于数据累积的数据存储单元，数据存储单元接收来自数据采集单元采集的第二粒子信息和第二环境信息并进行存储形成第三粒子信息和第三环境信息；本实施例中，将数据存储单元存储的从数据采集单元输出的第二粒子信息和第二环境信息称为第三粒子信息和第三环境信息，第三粒子信息和第三环境信息实质为包括第二粒子信息和第二环境信息的数据集。其中，第一粒子信息包括第二粒子信息和第三粒子信息，第一环境信息包括第二环境信息和第三环境信息。此外，第二粒子信息、第二环境信息还可以包括其信息来源的设备标识信息。

通过在数据采集监控模块4中设置实时监测单元、数据采集单元、报警单元和数据存储单元，在数字孪生模块5尚未开始运行前，可以利用实时监测单元和报警单元对第二粒子信息和第二环境信息进行实时监控、报警，判断当下洁净空间1中的粒子信息的合格与否；另一方面通过设置数据存储单元为后续构建数字孪生模型提供实际数据支撑即第三粒子信息和第三环境信息，且通过设置数据采集单元在构建数字孪生模型后还可以不断地向数字孪生模型输出实时的第二粒子信息和第二环境信息，进行实时的多层次预测。

除各种粒子监测硬件设备3分布于洁净空间1中，由于在所监测的洁净空间中1还存在各种生产设备、各种环境参数监测硬件设备2、环境控制模块中的各设备等，而上述设备的存在必然会对洁净空间中的粒子分布产生影响，因而为了更加准确地对未来粒子变化趋势的预测。在本实施例中，还包括建模模块，其基于所监测的洁净空间1的几何参数以及上述所提及的粒子监测硬件设备3、环境参数监测硬件设备2、生产设备等在洁净空间1中的位置参数以及洁净空间1本身的物理信息如洁净空间1的面积等信息，构建BIM模型；在此基础上基于构建完成的BIM模型并结合粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2所输出的粒子信息和环境信息构建关于所监测的洁净空间1的流体模型7，使预测结果更加接近现实的物理空间中的粒子信息，提高预测的精确性。这里经过建模模块，粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2所输出的粒子信息和环境信息携带了建模模块的信息，例如粒子信息对应的位置参数、环境信息对应的位置参数。

此外，在本实施例中还包括仿真模块8，通过设置仿真模块8，在初始状态时（即数字孪生模型尚未运行前）其接收第三粒子信息和第三环境信息，并基于第三粒子信息和第三环境信息基于流体模型通过CAE技术构建出关于当下所监测的洁净空间1中的粒子信息和环境信息的相关性分析模型。具体而言，基于流体模型通过CAE仿真技术构建以第三环境信息作为边界条件，第三粒子信息作为分析目标的相关性模型，即以第三环境信息作为输入参数，第三粒子信息作为输出参数对洁净空间1中的粒子信息和环境信息进行强相关性分析，分析粒子信息和环境信息两者的相关密切程度。利用数据存储单元中的第三粒子信息和第三环境信息构建相关性分析模型后，在相关性分析模型中利用CAE有限元虚拟仿真，设置环境信息，根据所接收的环境信息输出作为CAE仿真结果的CAE仿真粒子信息，基于CAE仿真结果构建数字孪生分析模型。这里环境信息可以是真实的环境信息也可以是虚拟的环境信息。

此外，仿真模块8依据持续接收的第二粒子信息和第二环境信息，并得出与第二环境信息相对应的CAE仿真粒子信息；若所接收的第二粒子信息与CAE仿真粒子信息不吻合，则迭代相关性分析模型，直至实时接收的第二粒子信息与CAE仿真粒子信息相吻合。通过迭代相关性分析模型，从而迭代数字孪生分析模型，不断提高预测结果的精确性。

数字孪生模块5实时接收从数据采集监控模块4输出的第二粒子信息和第二环境信息，并结合此前所接收到的第二粒子信息和第二环境信息预测洁净空间1未来粒子信息的变化趋势。

数字孪生模块5包括数字孪生分析模型，在数字孪生分析模型中设定X为设定的预警条件集合，Y为数字孪生分析模型输出的多层次预测结果集合，当Y触发X时，数字孪生模块5发出示警。具体而言，X为包括针对所监测的洁净空间1整体粒子信息、环境信息的预警值集合X₁、针对所监测的洁净空间1第一局部空间粒子信息、环境信息的预警值集合X₂、针对所监测的洁净空间1中第二布局空间粒子信息、环境信息的预警值集合X₃等的集合。相应的Y为包括数字分析模型输出的针对所监测的洁净空间1的未来整体粒子信息的预测结果集合Y₁、针对所监测的洁净空间1第一局部空间的未来整体粒子信息的预测结果集合Y₂、针对所监测的洁净空间1中第二布局空间的未来整体粒子信息的预测结果集合Y₃等的集合，当Y触发X时，数字孪生模块5发出示警。

多层次预测包括对环境信息中各参数的变化引起粒子信息中各参数变化的预测，具体而言，多层次预测是指对洁净空间1中整体、局部的环境信息的变化对引起整体、局部的粒子分布的粒子信息的变化进行预测。

具体而言，在本实施例中，利用数字孪生分析模型对所监测的洁净空间1中整体的粒子信息未来变化趋势进行预测，洁净空间1所需求的洁净度为ISO1级，要求洁净空间1中的直径为0.1µm的粒子的浓度小于10颗/m³。数据存储单元累积得到的粒子信息的数据集为a1，环境信息的数据集为b1；洁净空间1的几何参数集为c1，建模模块根据数据集a1、b1和c1以及粒子监测硬件设备3和环境参数监测硬件设备2在洁净空间1中的位置参数关于所监测洁净空间1的流体模型7；此后，仿真模块通过CAE仿真技术以b1为输入参数以a1为输出参数，构建当下洁净空间中关于环境信息与粒子信息之间的相关性分析模型，进而通过大量的环境信息作为输入参数获取CAE仿真粒子信息，进而构建数字孪生分析模型。在数字孪生分析模型中预设所监测的洁净空间1中的整体粒子信息的预警值集合X₁中直径为0.1µm的粒子的浓度为10颗/m³，数字孪生分析模型实时接收最新的第二粒子信息a_n和第二环境信息b_n，并对接收的a_n和b_n进行不断分析预测，当其发现若继续运行当前环境控制方案，则在所监测的洁净空间1的未来整体粒子信息的预测结果Y₁将大于或等于X₁时，其发出示警，实现洁净空间中整体未来粒子信息变化趋势预测。

当然，在某些实施例中也可以利用构建完成的数字孪生模型对洁净空间1中的局部空间的未来粒子信息变化趋势进行预测。具体而言，若在监测整体洁净空间S未来粒子信息变化趋势的同时还需要对洁净空间1中的某局部空间S₁进行未来粒子信息变化趋势预测，则在上述的基础上可在数字孪生分析模型中除设定针对整个洁净空间S的预警值集合X₁外，还设定针对空间S₁的预警值集合X₂，整个洁净空间S的洁净度要求为IOS3级，空间S₁的洁净度要求为IOS1级。当数字孪生分析模型其发现若继续运行当前环境控制方案，则在未来空间S₁中的粒子信息Y₂将大于或等于X₂时，其发出示警，实现对空间S₁中未来粒子信息变化趋势预测，如此实现对洁净空间1未来粒子信息变化趋势的多层次预测。

实施例二

如图3所示，本实施例在实施例一的基础上增设环境控制模块6，在本实施例中，数字孪生分析模型得到预测结果Y，当Y触发X时，即通过多层次预测得到的未来所监测的洁净空间1中的粒子信息达到预警条件时，发出示警。数字孪生分析模型生成拓扑优化方案，并将该拓扑优化方案发送至环境控制模块6并使其运行最新生成的环境运行方案；否则，洁净空间继续执行当前运行方案。环境控制模块6用于改变洁净空间中的环境信息，例如为洁净空调系统，其依据接收到的拓扑优化方案调整洁净空间内的温度湿度、风速、压力亦或者输入洁净空间含微粒气体净化程度等，这里不做特异性限定，此外环境控制模块6与环境参数监测硬件设备2可以是一体的设备或者相独立的设备。

进一步地，当Y触发X时即表明预测结果不达标，数字孪生分析模型对所接收到的洁净空间1（局部或整体）的粒子信息和环境信息进行数据截断处理，通过分类算法利用截断数据构建随机森林或决策树等第一模型，在第一模型的基础上，设定未来洁净空间1中粒子信息的修正目标值（低于预警值的值），采用回归算法建立第二模型（如神经网络等）生成通过调整环境信息（即以环境信息为边界条件优化）使粒子信息达到修正目标值的拓扑优化方案。

当数字孪生分析模型预测到若继续运行当前运行方案则未来洁净空间1中的粒子数值将超出预警值时，数字孪生分析模型生成拓扑优化方案并将其发送至环境控制模块6，环境控制模块6接受并执行拓扑优化方案。

当然，在一些实施例中，如图4所示，当数字孪生分析模型预测到若继续运行当前运行方案则未来洁净空间1中的粒子数值将超出预警值时，数字孪生分析模型生成拓扑优化方案并将其发送至修正控制模块9，修正控制模块9接受拓扑优化方案并控制环境控制模块6执行该方案。

通过上述模块之间的相互配合，本公开的预警修正系统能实现数据积累，模型优化，并结合实时监测的数据逐步实现对洁净空间颗粒物状态变化趋势预测并生成阻止洁净空间粒子信息不合格发展趋势的拓扑优化方案，促使物理洁净空间与虚拟洁净空间双向交互映射，实现洁净空间预警管控的最优化。

此外，在本实施例中，在预警修正系统中还设置有显示模块，该模块可根据用户需求显示所监测到的粒子信息、环境信息、其二次加工的数据及预测结果等信息。同时，预警修正系统中还设置有输入性配置模块，可利用该模块输入不同洁净等级的预警值，BIM模型等用户需要输入的信息。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

Claims (13)

1.一种洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，包括：

粒子监测硬件设备，用于监测并输出洁净空间中的粒子信息；

环境参数监测硬件设备，用于监测并输出影响洁净空间洁净度的环境信息；

数据采集监控模块，与所述粒子监测硬件设备和所述环境参数监测硬件设备信号连接，获取所述粒子信息和所述环境信息，并对获取的所述粒子信息进行实时监控；

数字孪生模块，从所述数据采集监控模块获取源于所述粒子监测硬件设备输出的所述粒子信息和所述环境参数监测硬件设备输出的所述环境信息，并基于数字孪生模块中的数字孪生分析模型依据接收到的所述粒子信息和所述环境信息对所述洁净空间未来粒子信息的变化趋势进行多层次预测。

2.根据权利要求1所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述数据采集监控模块包括实时监测单元、数据采集单元和报警单元；所述数据采集单元与所述粒子监测硬件设备、所述环境参数监测硬件设备信号连接以接收所述粒子信息和所述环境信息；

所述实时监测单元中预设有监测标准，其实时接收从所述数据采集单元输出的粒子信息并依据所述监测标准输出监测结果，所述监测结果可触发所述报警单元，进行报警。

3.根据权利要求2所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述数据采集监控模块还包括用于数据累积的数据存储单元，所述数据存储单元接收并存储来自所述数据采集单元输出的粒子信息和环境信息及所述实时监测单元输出的所述监测结果。

4.根据权利要求1所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，还包括建模模块和仿真模块；所述建模模块基于所述粒子监测硬件设备、所述环境参数监测硬件设备在所述洁净空间中的位置参数和所述洁净空间的几何参数构建BIM模型，基于所述粒子信息、所述环境信息结合所述BIM模型构建关于所述洁净空间的流体模型；

所述仿真模块获取来自所述数据采集监控模块的粒子信息和环境信息，并基于所述流体模型通过CAE仿真构建关于以所述环境信息为边界条件、所述粒子信息为分析目标的相关性分析模型。

5.根据权利要求4所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述相关性分析模型通过CAE有限元虚拟仿真，根据环境信息获得作为CAE仿真结果的CAE仿真粒子信息，基于所述CAE仿真结果构建数字孪生分析模型。

6.根据权利要求4所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述仿真模块实时接收来自所述数据采集监控模块输出的粒子信息和环境信息，并获得与所述环境信息相对应的CAE仿真粒子信息；若所述CAE仿真粒子信息与实时接收的所述粒子信息不吻合，则迭代所述相关性分析模型，直至所述CAE仿真粒子信息与实时接收的所述粒子信息相吻合。

7.根据权利要求5所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述数字孪生模块实时接收从所述数据采集监控模块输出的粒子信息和环境信息，并结合此前所接收到的粒子信息和环境信息预测所述洁净空间未来粒子信息的变化趋势。

8.根据权利要求7所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述数字孪生模块中预设有预警条件集合X，Y为所述数字孪生分析模型输出的预测结果值集合；当Y触发X时，所述数字孪生模块发出示警。

9.根据权利要求8所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，当Y触发X时，所述数字孪生模块对当前所收集到的粒子信息和环境信息进行数据截断，并通过分类算法构建第一模型；设定所述洁净空间未来粒子信息的修正目标值，采用回归算法建立第二模型生成通过调整环境信息使粒子信息达到修正目标值的拓扑优化方案。

10.根据权利要求9所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述预警修正系统还包括用于实施拓扑优化方案的环境控制模块；当Y触发X时所述环境控制模块接收所述拓扑优化方案并执行，当Y未触发X时，所述环境控制模块继续执行当前运行方案。

11.根据权利要求10所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述预警修正系统还包括修正控制模块，所述修正控制模块同时与所述数字孪生模块和所述环境控制模块信号连接，其接收从所述数字孪生模块输出的拓扑优化方案，并控制所述环境控制模块执行其所接收的所述拓扑优化方案。

12.根据权利要求1所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述多层次预测包括对环境信息中各参数的变化引起粒子信息中各参数变化的预测。

13.根据权利要求1所述的洁净空间粒子监测的预警修正系统，其特征在于，所述粒子信息包括粒子数量、粒子粒径、粒子浓度中一种或多种；所述环境信息包括洁净空间中环境气压、气流流速、气流流向、环境温度和环境湿度中一种或多种。

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