CN116612614B - 一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置及系统，涉及模型报警分析领域。本发明通过设置试验项目管理模块、三维传感器设计模块和数据实时监测模块，实现试验件与三维模型的关联，对物理量进行立体化监测和分析，从而更加全面地了解试验状态。当检测到物理量异常时，通过采用实时比对分析报警模块可以立即发出报警信息，避免可能的试验件结构破坏。并且，将监测到的数据和分析结果与三维模型结合，实现数据的可视化和立体化展示，提高了用户对数据的理解和分析能力、试验决策能力，更好的进行试验评估，以帮助用户实现对设备和系统的全方位监测和分析，提高设备的安全性、可靠性和稳定性，减少故障和损失的发生。

Description

一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置及系统

技术领域

本发明涉及模型报警分析技术领域，特别是涉及一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置及系统。

背景技术

不同的行业领域都已普遍采用三维模型来表达试验对象。随着计算机技术的快速发展，特别是高性能计算机和试验分析技术的发展，使得实时数据采集、处理和分析变得更加高效和准确。目前，普通的情况是三维试验模型和实物试验数据来源分离，即三维模型和实物试验数据的构建来自不同的数据源，难以进行有效的关联和对比。例如，在一些大型工程项目中，三维模型和实物试验的数据可能分别由不同的团队采集和构建，造成数据来源分离的现象。实物试验的数据采集分析通常是二维表格形式呈现，采集后通道的数据编号无法与三维试验模型上的测点位置相对应。试验数据无法与理论数据在三维模型测点位置进行交互比对，无法直接进行相互关联，物理量实测值与理论值偏差较大时，无法及时停止试验，造成试验件结构的破坏。目前常规的实物试验实时监测后无法结合三维模型和仿真数据进行及时报警，这就带来以下问题：

1)数据的准确性问题

试验数据采集后分析通常为二维表格数据，需要人工按照通道号、加载点的反馈情况手工在三维模型上找到对应的位置，延后分析，不够直观实时展示。试验数据与试验三维模型没有关联，可能会导致数据的准确性问题。例如，在进行结构强度试验时，试验数据没有与试验三维模型关联，就难以及时准确地分析结构受力情况，容易导致分析结果的误差。在结构强度试验过程中，无法准确快速实时的定位某条通道数据在试验三维模型上的哪个位置。

2)数据分析效率的问题

试验数据与试验三维模型没有关联，可能会导致数据分析效率低下。试验数据需要通过人工整理和处理，才能与试验三维模型关联，这样会浪费大量的时间和人力资源。

3)试验成本的问题

如果没有在试验件的三维模型上进行试验的报警提示，就无法及时的进行试验数据与理论值的对比和实时显示，在结构件的某些部位，超过一定的理论阀值没有报警装置，无法及时的叫停试验，可能会造成试验件的结构破坏，增加试验成本。

4)数据应用价值受限的问题

试验数据与试验三维模型没有关联，试验数据展示与报警无法与三维模型进行交互，可能会限制数据的应用价值。试验数据与试验三维模型的关联及报警装置，使得数据在试验方面与三维模型方面的应用更加广泛和深入。

因此，为了提高试验数据的三维交互性和应用价值，需要对试验数据与试验三维模型进行关联，规范的设置试验报警的阀值，及时发现试验异常情况，又不至于过于频繁地报警，影响试验的进行和结果的准确性。三维模型上的试验报警功能使得试验数据分析更加准确和高效。将实物试验数据采集后交互反馈到三维模型上，试验数据和三维模型相结合，可以让研究人员更可视化的深入地理解试验结果，从而提高试验研究的可靠性。近年来，实时数据采集和处理技术也得到了快速的发展，传感器布局技术、网络通信技术等的发展，使得实时采集和处理大量数据变得更加容易。同时，实时数据采集和处理技术的发展为物理量实时比对分析报警装置的实现提供了技术基础。

为了解决上述存在的问题，现有一般采用常规试验的方法，常规试验的方法是在试验件上粘贴传感器，然后传感器上的导线连接硬件采集设备，试验加载开始后，对实物试验数据进行实时采集，数据分析。这些试验数据分析处理软件也没有与三维试验件建立关联，无法自动定位到试验件三维模型上的具体位置。

通过试验采集的分析软件，能根据设定的阀值用颜色报警，但是没有关联三维模型，无法及时定位到试验件具体位置，需要根据通道编号查找传感器编号，再根据传感器布局手册去人工查找试验件的位置。在试验的数据分析上有一定的滞后性。并且，因为一般的试验数据采集分析软件往往与三维模型没有关联，所以无法将试验物理量直接定位导航到三维模型的具体位置上，无法及时准确的评估试验的可靠性。基于此，现有技术存在以下缺点：

1)传感器的试验分析的数据处理复杂，传统的试验数据分析方法需要将试验数据转化为数学模型，然后再进行分析，需要专业知识和繁琐的计算。

2)传统的试验数据分析方法需要耗费大量的时间和人力，分析结果不能及时反馈到试验现场，失效性差。

3)传统的试验数据分析方法只能给出数学计算结果，不能直观反映试验现场的情况。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，包括：

试验项目管理模块，用于获取并管理试验项目数据；所述试验项目数据包括：试验型号、试验项目、试验工况、传感器基础数据、传感器设计数据、理论值、试验数据和试验报告；

三维传感器设计模块，与所述试验项目管理模块连接，用于基于所述试验项目数据在三维试验模型上进行传感器布局设计，并基于传感器编号建立试验值和理论值间的对应关系；

数据实时监测模块，与所述试验项目管理模块连接，用于完成数据从实物试验采集系统到试验数据转采，用于将试验数据转采到实时监测服务的传递，并由实时监测服务将试验数据处理后进行分发；

实时比对分析报警模块，用于分别与所述三维传感器设计模块和所述数据实时监测模块连接，用于基于试验数据和传感器测点设计数据，在三维环境中实时显示传感器测点的试验值变化结果，并用于基于所述试验值变化结果确定是否生成报警信号。

可选地，所述试验项目管理模块，包括：

型号管理单元，用于提供试验型号操作功能；所述试验型号操作功能包括新建型号、编辑型号和删除型号；其中，基于试验任务书进行试验型号操作；

试验项目管理单元，与所述型号管理单元连接，用于基于试验型号管理和创建试验项目；

传感器数据管理单元，与所述三维传感器设计模块连接，用于管理传感器基础数据；所述管理传感器基础数据包括传感器数据创建、编辑和删除；传感器基础数据包括传感器牌号、传感器类型和传感器尺寸信息；

设计数据管理单元，用于管理传感器测点的设计数据，提供浏览和查询功能，并用于以列表形式显示客户端设计的三维传感器数据；所述传感器测点的设计数据包括：传感器模型名称、传感器安装位置坐标信息、安装零件号、传感器编号、传感器类型和传感器安装方向；

理论值管理单元，用于管理各个传感器测点位置的试验理论值；管理各个传感器测点位置的试验理论值包括理论值的单值录入、Excel导入、编辑、删除和浏览；理论值对应的是传感器编号、传感器类型和传感器模型；

试验数据管理单元，与所述数据实时监测模块连接，用于对实物试验数据进行浏览和查询；

生成试验报告单元，用于根据三维实时比对分析，保存试验图片生成试验报告。

可选地，所述数据实时监测模块采用多线程数据并行处理技术，实现数据传输服务和数据监视显示，完成数据从实物试验采集系统到试验数据转采，再由试验数据转采到实时监测服务的传递，最终由实时监测服务处理数据后分发到实时比对分析报警模块的各个监视窗口进行统一实时显示。

可选地，所述三维传感器设计模块包括：

传感器模型初始单元，用于初始化传感器模型，并用于基于初始化后的传感器模型在CATIA软件的结构树节点上创建传感器节点；

三维测点设计单元，用于在CATIA软件中启动测点设计命令，选择传感器的安装零件，选取传感器的安装位置点，选择传感器安装的方向参考线，读取Web端的传感器数据管理中的传感器信息，并用于从传感器列表中选择传感器牌号，输入传感器编号，在传感器模型下创建树叶子节点，并将传感器数据存放到传感器模型中，随着CATIA软件的零组件的保存而进行数据存储；

传感器数据发布单元，用于在传感器布局方案确定后，强制执行传感器位置检查和编号唯一性检查，在检查通过后，发布传感器数据，并进行传感器设计数据的管理和浏览。

可选地，所述实时比对分析报警模块包括：

设置曲线组单元，用于创建曲线组，选择传感器曲线监视；

曲线对比显示及报警单元，用于启动实时监测，在三维软件中，启动窗口中显示选择曲线组的试验监测曲线，当试验值大于报警值时，生成报警信号；当试验值等于或小于报警值时，不做处理；

剖面图显示单元，对于设置的同一曲线组的多次试验值和理论值，用于根据已有的试验值，连续显示载荷动态加载过程，提供静态剖面图和动态剖面图；

矢量图显示单元，用于按设定规则实时在三维模型上生成一定长度的曲线；所述曲线的长度代表监测到实物试验应变或者位移的距离。

可选地，所述创建曲线组的创建过程包括：

设置实时监控的传感器对象，创建同步进行监控可视化显示的传感器；从显示所有传感器列表中选择需要同时关注的传感器编号；传感器列表支持输入关键要素进行查询。

可选地，创建好曲线组后，将一个曲线组作为一个监视器。

一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警系统，包括：

基础层，用于提供分布式的计算机网络硬件环境；

数据层，与所述基础层进行数据交互，用于提供数据库；

服务层，与所述数据层进行数据交互，用于生成网络服务；

应用层，与所述服务层进行数据交互，用于基于三维模型的物理量生成分析报警结果；所述应用层为上述提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，通过与试验件的三维模型进行关联，可以实现对试验件系统内部物理量的立体化监测和分析，及时将传感器通道数据定位到三维模型上的具体位置，从而更加全面地了解设备和系统的试验状态。当装置检测到物理量异常时，可以立即发出报警信息，提示用户及时处理试验的状态，从而避免可能的试验件结构破坏。将监测到的数据和分析结果与三维模型进行结合，实现数据的可视化和立体化展示，从而提高用户对数据的理解和分析能力，提高试验决策能力，更好的进行试验评估。此外，还可以帮助用户实现对设备和系统的全方位监测和分析，提高设备的安全性、可靠性和稳定性，减少故障和损失的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置的结构示意图；

图2为本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置数据处理原理图；

图3为本发明提供的数据传输服务示意图；

图4为本发明提供的试验数据分类存储示意图；

图5为本发明提供的曲线组设置示意图；

图6为本发明提供的三个花片应变片的曲线组设置示意图；

图7为本发明提供的应变曲线实时显示示意图；

图8为本发明提供的三维视图中定位应变片的示意图；

图9为本发明提供的剖面图的显示示意图；

图10为本发明提供的试验值的显示变化示意图；

图11为本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置基本的试验流程图；

图12为本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置的软件部署结构示意图；

图13为本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警系统的结构示意图；

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，能够更加全面地了解设备和系统的试验状态，避免可能的试验件结构破坏，提高用户对数据的理解和分析能力，提高试验决策能力，更好的进行试验评估，提高设备的安全性、可靠性和稳定性，减少故障和损失的发生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，如图1和图2所示，该装置包括：试验项目管理模块、数据实时监测模块、三维传感器设计模块和实时比对分析报警模块。

试验项目管理模块主要对试验相关的型号、项目、试验工况、传感器基础数据、传感器设计数据、理论值、试验数据、试验报告等数据进行管理。其中，试验项目管理模块主要包括：型号管理单元、试验项目管理单元、传感器数据管理单元、设计数据管理单元、理论值管理单元、试验数据管理单元和生成试验报告单元。

A、型号管理单元：该单元主要根据试验任务书新建相关的型号，包括新建型号、编辑型号和删除型号。在Web端使用新建型号命令，后台根据型号的属性信息创建表结构，软件界面显示属性输入窗口，输入型号代号和型号名称，将型号ID、型号代号、型号名称存储在表格中后存入数据库中。通过WebService接口，与三维传感器设计模块的传感器模型初始化功能连接，在CATIA客户端(即三维传感器设计模块)从型号列表中选择型号名称列表进行传感器模型的初始化。

B、试验项目管理单元：该单元主要管理创建的项目和试验。在所选择的型号下新建项目，选择的型号作为父节点，采用新建项目命令，输入项目名称、项目创建人，自动获取父节点项目所属型号、获取当前系统时间作为项目的创建时间。确认保存后将项目ID、项目名称、项目创建人、项目所属型号ID、项目的创建时间存入数据库(表)中进行保存。选取父节点中的某项目，在某项目节点下采用新建试验命令，输入试验名称、试验创建人，自动获取关联的项目ID、获取父项目节点为所属的项目ID，获取当前系统时间作为试验的创建时间。确认保存后将试验ID、试验名称、试验创建人、试验所属项目ID、试验的创建时间存入数据库(表)中进行保存。

C、传感器数据管理单元：该单元主要管理传感器基础数据，包括传感器数据创建、编辑和删除。采用的传感器主要包括应变片、花片、位移传感器、加速度传感器等。传感器数据主要包括传感器牌号、传感器类型、传感器尺寸信息等。该传感器数据通过WebService接口与三维传感器设计模块的三维测点设计单元连接，向CATIA客户端的三维传感器设计提供传感器基础数据源。

D、设计数据管理单元：该单元主要管理CATIA端发布上传到服务器端的传感器测点设计数据，提供浏览和查询功能。以列表形式显示客户端设计的三维传感器数据。设计数据以列表形式浏览，主要包括传感器模型名称、传感器安装位置坐标X、Y、Z的信息、安装零件号、传感器编号、传感器类型、传感器安装方向等。

E、理论值管理单元：该单元主要管理各个传感器测点位置的试验理论值。理论值管理主要是对工况试验的有限元分析结果的理论数据进行管理。管理主要包括理论值的单值录入、Excel导入、编辑、删除和浏览。理论值对应的是设计数据管理中的传感器编号、类型和传感器模型。在实际应用时，试验人员可以导入或者手动输入传感器编号对应的理论值，比如，应变片单片要输入应变理论值及报警值、应力理论值及报警值，花片要输入第一主应变理论值及报警值、第二主应变理论值及报警值、第三主应变理论值及报警值、最大主应力理论值及报警值、最小主应力理论值及报警值、最大主应力的转角理论值及报警值，位移传感器输入位移理论值、位移报警值等。

F、试验数据管理单元：该单元主要是对数据库中存储的实物试验数据进行浏览和查询。实物试验开始后，使用数据实时监测模块中的实时监测服务，转采接收到试验数据后将数据存储在数据库中进行管理。

G、生成试验报告单元：该单元主要根据三维实时比对分析，保存试验图片生成试验报告。

进一步，数据实时监测模块主要提供试验数据转采服务和实时监测服务。该模块主要采用多线程数据并行处理技术，实现数据传输服务和数据监视显示，完成数据从实物试验采集系统到试验数据转采，再由试验数据转采到实时监测服务的传递，最终由实时监测服务把数据处理后分发到实时比对分析报警模块的各个监视窗口进行统一实时显示。实物实时监测的具体相关数据格式定义和传输协议需要确认。

试验数据转采服务(由转采端提供)，该功能连接实物试验采集系统(外部系统)，转采端通过socket通讯协议接收实时数据流，数据转采传输服务多线程并行进行接收源数据、分类解析数据、存储数据，然后发送数据，完成自动快速读取采集系统的实时数据流文件，并将解析后的试验数据自动导入数据库中。具体步骤如下：

1)在进行结构试验时，使用相应的传感器和测试设备进行数据采集。

2)采集之后的实物数据数据通过Socket协议进行数据传输。

3)选择TCP协议进行数据传输，设置数据采集服务器信息，输入采集服务器IP地址和端口；

4)设置数据库服务器信息，输入数据库服务器的IP地址和端口号。

5)提供测试连接功能，确保与服务器之间的通讯正常。具体的：

启动监测，选择型号-项目-试验，选择的试验和实时监测的试验工况必须保持一致。根据和试验采集系统约定的数据通讯协议，采用解析器对字节流数据进行解析，解析出加载级及对应的载荷、应力/应变、位移、温度、加速度等。根据试验的特性，采用主副表设计对试验数据进行分类存储，如静力试验，主要包含应力、应变和位移试验数据，将应力应变和位移分别用主副表设计，保载数据采用主表设计，提高存储效率，方便查找定位。非保载数据存入试验数据副表中，非保载数据量大，使用较少。应力应变数据表主要包括ID号、传感器编号、载荷编号、试验值、传感器类型等。位移试验数据表主要包括ID号、载荷编号、传感器类型、位移值、传感器编号等。一种数据流文件分发成多个文件，文件容量小且易读取，提高了显示端的显示效率。将各类解析结果分别存储为RF格式文件，分别发送给数据库服务器和实时监测端(提供实时监测服务)。

6)实时监测端接收转采端分发的试验数据。具体的：

实时监测服务设置数据转采服务器信息，输入服务器IP和服务器端口；设置数据服务器信息，输入数据服务器IP地址和服务器端口。

7)转采后的实物试验数据上传到数据库和实时比对分析报警模块中，并在Web端的试验数据管理中进行浏览管理。其中，数据传输服务如图3所示，试验数据分类存储如图4所示。

进一步，三维传感器设计模块是基于CATIA软件的二次开发，在三维试验模型上进行传感器布局设计，传感器编号建立试验值和理论值之间的对应关系。

该模块集成CATIA软件，基于CATIA软件的二次开发，在CATIA软件中进行传感器的三维设计。该模块主要包括：传感器模型初始化单元、三维测点设计单元和传感器数据发布单元。

A、传感器模型初始化单元：在CATIA软件装配体中出入一个普通的Part零件，初始化为一个传感器模型，链接Web端服务器，通过WebService接口访问型号列表，选择某个试验相关的型号，输入传感器模型名称，进行传感器模型初始化。在该零件的DefaultContainer中，创建UCERCEPCONTAINER，并在UCERCEPCONTAINER创建UCESEDIS节点，存放传感器设计的相关信息。初始化生成的传感器模型在CATIA软件的结构树节点上创建传感器节点。

B、三维测点设计单元：在CATIA软件中启动测点设计命令。选择传感器的安装零件，屏幕点选或者鼠标选取精确的传感器安装位置点，选择传感器安装的方向参考线，读取Web端的传感器数据管理中的传感器信息，从传感器列表中选择需要的传感器牌号，输入传感器编号，编号在软件设计中要保持唯一性，获取到传感器的安装位置等固有属性，在传感器模型下创建树叶子节点，并将传感器数据存放到传感器模型中，随着CATIA软件中零组件的保存而进行数据存储。

C、传感器数据发布单元：传感器布局方案确定后，强制执行传感器位置检查和编号唯一性检查，通过后将发布传感器数据，将传感器设计数据提高到服务器的数据库，并在Web端的传感器设计数据中进行管理和浏览。

进一步，实时比对分析报警模块是基于CATIA软件的二次开发，实现试验数据的CATIA三维显示与处理，传感器理论数据计算，在三维环境中实时显示传感器测点的试验值变化，能够按照指定方式在选定区域范围内快速梳理出特定类型的传感器，如应变片单片组或花片组。支持在三维模型上以矢量图和曲线图的形式按组实时显示应变片或者花片的测量结果。支持在三维模型上对指定的应变片或者花片引出小图片框形式，以实时显示测量结果。通过接口调用服务器端存储的报警值，一旦试验值超过报警值范围，则在三维显示曲线测量结果的窗口进行报警。

在三维CATIA软件中，对理论数据、传感器数据、试验数据之间进行了关联、可追溯展示。支持对同一组曲线组的数据(理论数据、试验数据)进行对比分析，利用曲线展示分析对比结果，并支持导出对比分析报告。

基于此，实时比对分析报警模块包括：设置曲线组单元、曲线对比及报警单元、剖面图显示单元和矢量图显示单元。

A、设置曲线组单元：该单元主要是设置实时监控的传感器对象，创建同步进行监控可视化显示的传感器；从显示所有传感器列表中选择需要同时关注的传感器编号；传感器列表支持输入关键要素如传感器牌号、进行查询。创建好曲线组后，可选择传感器曲线监视。可选择曲线组中的传感器单片单窗口，也可以设置为一个窗口中显示。一个曲线组就是一个监视器。其中，曲线组的设置如图5所示。当曲线组1选择100104、100105、100106三个花片应变片时，其设置方式如图6所示。

B、曲线对比显示及报警单元：该单元启动实时监测，实物试验开始后，在三维CAD软件中，启动窗口中显示选择曲线组的试验监测曲线(即进行如图7所示的应变曲线的实时显示)。显示理论值曲线、显示试验值曲线(可选择设置为应力、应变、位移)。当试验值小于或等于报警值时，则窗口中报警灯显示绿色。当试验值大于报警值时，则窗口中报警灯变红色闪烁并发出声音。单击窗口中的传感器可根据传感器编号定位到三维模型上的测点坐标，将三维模型上的测点位置在三维视图中居中并高亮显示。实时监测的试验曲线显示的传感器与三维模型相互关联。用鼠标交互操作传感器编号，可定位到三维模型实际传感器布置位置。其中，报警指示灯绿色表示测试值为安全范围；报警指示灯红色指示灯表示测试值达到或超过报警值。

其中，对于实时监测曲线显示和三维模型相互关联进行举例说明，超过报警值，报警灯变成红色。如图8所示，单击应变片片号可以直接在三维视图中定位应变片，高亮居中。

C、剖面图显示单元：对于设置的同一曲线组的多次试验值和理论值，根据已有的试验值，连续显示载荷动态加载过程。

提供静态剖面图和动态剖面图两种显示方式。该功能主要用于单片应变片显示应变值变化。静态剖面图是显示所选择曲线组中的传感器设定载荷级数，显示曲线组中几个传感器在该载荷级下的试验应变值，对应变值连线。动态剖面图是显示载荷从0到输入设置载荷的动态效果图。其中，剖面图的显示如图9所示。

D、矢量图显示单元：选择一组监测的传感器对象，在传感器编号对应的测点位置，以测点所在模型的切平面内，以右手定则为准则，找到法矢方向。在CATIA软件中，以测点为起点，以单位长度矢量值代表一定量的试验值大小，矢量方向为以右手定则垂直于切平面的法矢方向。实时在三维模型上画出一定长度的曲线，这种方式能够直接在三维试验模型上直观显示试验值的变化，如图10所示。其中，曲线的长度代表监测到实物试验应变或者位移的距离。

进一步，基于上述描述，本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置基本的试验流程如图11所示，包括：

1)根据试验任务，登录Web端试验项目管理模块，创建相关的型号、项目以及试验；

2)启动CATIA集成的客户端三维传感器设计模块，链接Web端服务器，读取型号，从型号列表中选择需要的型号，输入传感器模型名称，初始化传感器模型。该传感器模型生成在CATIA结构树上，初始化传感器的数据仓库的数据结构，采用数据库来存储和管理传感器设计数据；

3)在三维传感器设计环境中，根据试验实施方案进行传感器布局设计。链接Web端服务器的传感器数据库，选择传感器数据库中的传感器进行传感器三维测点设计，确定传感器安装位置、方向、传感器牌号、传感器编号。获取传感器安装位置等特有属性，并将传感器数据存档到到传感器模型中，与CATIA装配体组件一起保存。

4)传感器设计数据检查和确认后，将传感器设计数据进行发布，通过WebService接口发送到传感器设计数据库中进行管理。

5)试验现场根据三维传感器设计模块设计的模型数据和属性信息，在试验的实物模型上安装传感器，比如应变片、花片、位移传感器、温度传感器等。

6)传感器安装完成后，连接试验数据采集设备。

7)根据试验任务书要求开始试验，同步启动试验数据转采服务和实时监测服务。

8)集成CATIA的实时比对分析报警模块接收到的试验实时传输的数据，调用数据库中的理论值、报警值，在三维模型的传感器测点位置引出窗口，实时显示试验曲线。超过报警值后以高亮闪烁的警报灯及报警声音提示试验人员查看试验状态。

基于此，本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置的软件部署结构如图12所示。

此外，图11中，虚线框中内容是需要试验现场完成，不在本装置结构中，却是本装置流程中的一部分。

进一步，本发明提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置是B/S和C/S相结合的系统，B/S端主要有试验项目管理模块，主要部署了数据库服务器，文件服务器和Web应用服务器。C/S端主要有三维传感器设计模块、数据实时监测模块、实时比对分析报警模块，其中数据实时监测模块中的试验数据转采主要部署在转采服务器上。实时比对分析报警模块主要是集成CATIA软件的客户端中部署。

进一步，本发明还提供了一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警系统，如图13所示，该系统包括：

基础层，用于提供分布式的计算机网络硬件环境；

数据层，与基础层进行数据交互，用于提供数据库；

服务层，与数据层进行数据交互，用于生成网络服务；

应用层，与服务层进行数据交互，用于基于三维模型的物理量生成分析报警结果；应用层为上述提供的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置。

基于上述描述，本发明提供的装置和系统，能在三维模型环境CAD软件CATIA中实时监测试验物理量变化。通过对传感器和设备的数据采集和处理，可以实时监测设备和系统中关键的物理量(如压力、位移、温度等)的变化情况，以在保证数据采集、传输、处理实时性的同时，确保数据分析的时效性。实时将三维模型上试验人员感兴趣的测点设置成监测窗口，支持多个窗口(高达64个窗口甚至更多)在三维环境中显示，窗口中显示物理量的实测值和理论值两种曲线进行对比，显示实时斜率及上限，超限报警功能。试验分析人员可以直接从三维视图上找到监测数据对应的监测点，测点的试验数据超过理论极限时，系统自动报警，试验人员及时发现试验状态。并且，三维模型与试验数据分析显示相互关联，能够限速提高数据的可视化效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，其特征在于，包括：试验项目管理模块、三维传感器设计模块、数据实时监测模块和实时比对分析报警模块；

试验项目管理模块，用于获取并管理试验项目数据；所述试验项目数据包括：试验型号、试验项目、试验工况、传感器基础数据、传感器设计数据、理论值、试验数据和试验报告；

所述试验项目管理模块，包括：

型号管理单元，用于提供试验型号操作功能；所述试验型号操作功能包括新建型号、编辑型号和删除型号；其中，基于试验任务书进行试验型号操作；

试验项目管理单元，与所述型号管理单元连接，用于基于试验型号管理和创建试验项目；

传感器数据管理单元，与所述三维传感器设计模块连接，用于管理传感器基础数据；所述管理传感器基础数据包括传感器数据创建、编辑和删除；传感器基础数据包括传感器牌号、传感器类型和传感器尺寸信息；

设计数据管理单元，用于管理传感器测点的设计数据，提供浏览和查询功能，并用于以列表形式显示客户端设计的三维传感器数据；所述传感器测点的设计数据包括：传感器模型名称、传感器安装位置坐标信息、安装零件号、传感器编号、传感器类型和传感器安装方向；

理论值管理单元，用于管理各个传感器测点位置的试验理论值；管理各个传感器测点位置的试验理论值包括理论值的单值录入、Excel导入、编辑、删除和浏览；理论值对应的是传感器编号、传感器类型和传感器模型；

试验数据管理单元，与所述数据实时监测模块连接，用于对实物试验数据进行浏览和查询；

生成试验报告单元，用于根据三维实时比对分析，保存试验图片生成试验报告；

三维传感器设计模块，与所述试验项目管理模块连接，用于基于所述试验项目数据在三维试验模型上进行传感器布局设计，并基于传感器编号建立试验值和理论值间的对应关系；

所述三维传感器设计模块包括：

传感器模型初始单元，用于初始化传感器模型，并用于基于初始化后的传感器模型在CATIA软件的结构树节点上创建传感器节点；

三维测点设计单元，用于在CATIA软件中启动测点设计命令，选择传感器的安装零件，选取传感器的安装位置点，选择传感器安装的方向参考线，读取Web端的传感器数据管理中的传感器信息，并用于从传感器列表中选择传感器牌号，输入传感器编号，在传感器模型下创建树叶子节点，并将传感器数据存放到传感器模型中，随着CATIA软件的零组件的保存而进行数据存储；

传感器数据发布单元，用于在传感器布局方案确定后，强制执行传感器位置检查和编号唯一性检查，在检查通过后，发布传感器数据，并进行传感器设计数据的管理和浏览；

数据实时监测模块，与所述试验项目管理模块连接，用于完成数据从实物试验采集系统到试验数据转采，用于将试验数据转采到实时监测服务的传递，并由实时监测服务将试验数据处理后进行分发；

所述数据实时监测模块采用多线程数据并行处理技术，实现数据传输服务和数据监视显示，完成数据从实物试验采集系统到试验数据转采，再由试验数据转采到实时监测服务的传递，最终由实时监测服务处理数据后分发到实时比对分析报警模块的各个监视窗口进行统一实时显示；

实时比对分析报警模块，用于分别与所述三维传感器设计模块和所述数据实时监测模块连接，用于基于试验数据和传感器测点设计数据，在三维环境中实时显示传感器测点的试验值变化结果，并用于基于所述试验值变化结果确定是否生成报警信号；

所述实时比对分析报警模块包括：

设置曲线组单元，用于创建曲线组，选择传感器曲线监视；

曲线对比显示及报警单元，用于启动实时监测，在三维软件中，启动窗口中显示选择曲线组的试验监测曲线，当试验值大于报警值时，生成报警信号；当试验值等于或小于报警值时，不做处理；

剖面图显示单元，对于设置的同一曲线组的多次试验值和理论值，用于根据已有的试验值，连续显示载荷动态加载过程，提供静态剖面图和动态剖面图；

矢量图显示单元，用于按设定规则实时在三维模型上生成一定长度的曲线；所述曲线的长度代表监测到实物试验应变或者位移的距离。

2.根据权利要求1所述的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，其特征在于，所述创建曲线组的创建过程包括：

设置实时监控的传感器对象，创建同步进行监控可视化显示的传感器；从显示所有传感器列表中选择需要同时关注的传感器编号；传感器列表支持输入关键要素进行查询。

3.根据权利要求1所述的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置，其特征在于，创建好曲线组后，将一个曲线组作为一个监视器。

4.一种基于三维模型的物理量实时比对分析报警系统，其特征在于，包括：

基础层，用于提供分布式的计算机网络硬件环境；

数据层，与所述基础层进行数据交互，用于提供数据库；

服务层，与所述数据层进行数据交互，用于生成网络服务；

应用层，与所述服务层进行数据交互，用于基于三维模型的物理量生成分析报警结果；所述应用层为如权利要求1-3任意一项所述的基于三维模型的物理量实时比对分析报警装置。