基于数字孪生的通讯母排工艺仿真方法与流程

本发明涉及数字孪生与制造工艺仿真领域，具体为基于数字孪生的通讯母排工艺仿真方法。

背景技术：

1、在当前通讯设备制造环境中，通讯母排的折弯工艺不仅改变其几何物理形状，还会引发局部应力分布变化，进而直接影响特征阻抗和散射参数等电磁性能；在对母排折弯工艺进行计算机辅助设计与分析时，现有方案普遍采用静态全模型结构与电磁耦合仿真架构，即通过离线建立全物理模型，在给定单一形变状态下进行全局网格剖分与多物理场迭代求解；虽然此方案在离线理论验证场景下具备一定精度，但由于其高度依赖全局网格重构和整体耦合计算，且难以融合位移、接触压力及声发射等动态传感数据进行状态自适应更新，造成求解流程步骤繁多、计算响应延迟超过时间阈值、无法根据实际变形状态对局部区域进行降维等效处理，难以支撑高频次的仿真预测、误差实时补偿以及折弯工艺闭环控制。

2、因此，如何提升母排折弯过程中结构与电磁耦合计算的实时预测速度和工艺调整的准确性，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供基于数字孪生的通讯母排工艺仿真方法，具体而言，本发明的技术方案包括：

2、根据通讯母排的材料与尺寸参数、折弯路径、模具轮廓和工作频段建立结构与电磁耦合全模型，计算初始几何形状、应力分布、特征阻抗和散射参数，在不同工艺状态扰动下建立工艺状态参数对特征阻抗和散射参数的影响矩阵，设定初始偏差补偿值和边界补偿系数；

3、通过传感器组采集折弯头位移、伺服速度和模具接触压力确定当前工艺状态参数，并采集声发射信号；

4、基于声发射信号提取的声发射能量、到达时差，结合预设的触发阈值确定当前变形区域，将通讯母排分为变形区与非变形区，根据全模型计算结果建立非变形区至少含阻抗网络或散射参数网络的等效电路模型；

5、按第一计算周期，基于最近一次全模型计算结果、当前工艺状态参数和影响矩阵，计算特征阻抗和散射参数的预测值；

6、按第二计算周期，对变形区进行局部结构与电磁耦合计算，结合等效电路模型求解整体特征阻抗和散射参数，第二计算周期为第一计算周期的整数倍；

7、在达到预设触发条件时重新执行全模型计算获取最新计算结果；

8、将同时间戳的最新计算结果与对应预测值比较，根据比较误差修正影响矩阵、偏差补偿值和边界补偿系数；

9、基于特征阻抗预测值与目标特征阻抗的偏差，输出折弯工艺调整指令。

10、在一种优选的实施方式中，采集折弯头位移、伺服速度、模具接触压力和声发射信号，包括：通过位移传感器、速度传感器、压力传感器和至少一个声发射传感器分别采集折弯头位移、伺服速度、模具接触压力和采样频率不低于的声发射信号，附加统一时间戳并进行异常值剔除和量纲换算；

11、根据所述全模型中折弯头位移和模具接触压力与母排几何形状及应力分布之间的对应关系，确定当前几何状态和应力状态；将所述几何状态、应力状态、折弯头位移、伺服速度、模具接触压力，以及位移、速度、压力在相邻计算周期之间的变化量，拼接构成所述当前工艺状态参数。

12、在一种优选的实施方式中，基于所述声发射信号的声发射能量、触发阈值和到达时差确定当前变形区域之前，还包括判定折弯变形事件：在非折弯时段采集声发射信号并计算声发射背景能量；对声发射信号进行带通滤波和包络提取，计算预设时间窗内信号平方值积分得到所述声发射能量，并根据声发射背景能量的均值和标准差设定触发阈值；

13、提取声发射信号的信号持续时长和声发射主频，统计越限次数，计算多个声发射传感器的到达时差；当声发射能量连续达到所述触发阈值，且信号持续时长、越限次数、到达时差符合预先标定的传播时序关系，或声发射主频与预先标定的折弯特征频率一致时，判定发生折弯变形事件。

14、在一种优选的实施方式中，基于所述声发射信号的声发射能量、触发阈值和到达时差确定当前变形区域，包括：根据到达时差、模具内传播路径和标定传播速度确定声发射源位置；根据折弯头位移和伺服速度确定当前变形速率；根据声发射能量超出所述触发阈值的差值、模具接触宽度、母排厚度和当前变形速率，通过预先建立的标定函数计算变形区半径；以所述声发射源位置为中心，结合所述变形区半径划定变形区；

15、当所述变形区相对于通讯母排总体积的占比小于或等于预设上限时，保持划定的所述变形区；当所述变形区相对于通讯母排总体积的占比超过所述预设上限时，仅保留声发射源预设半径内的周边区域、全模型计算中塑性应变超出应变阈值的区域，以及全模型中电磁敏感度超出敏感度阈值的区域作为所述变形区。

16、在一种优选的实施方式中，对所述变形区进行局部结构与电磁耦合计算，并结合所述等效电路模型求解特征阻抗和散射参数，包括：获取变形区的网格信息、材料状态和接触状态；在所述变形区与非变形区之间设置过渡边界，并施加满足位移连续、应力连续、电流连续和阻抗匹配的边界条件；根据变形区的局部计算结果更新局部结构模型的位移和应力边界条件，并更新非变形区等效电路模型的端口电压和端口电流，联合求解得到所述特征阻抗和散射参数。

17、在一种优选的实施方式中，将所述通讯母排划分为变形区和非变形区，还包括：判断目标区域的几何形变率是否小于或等于形变阈值、应力变化率是否小于或等于应力阈值、声发射能量是否小于或等于能量阈值，以及等效电路模型计算的边界阻抗误差是否小于或等于允许误差；

18、当各判断结果均满足条件，且最新全模型计算结果表明该目标区域处于非变形状态时，将所述目标区域判定为非变形区；当声发射能量再次大于触发阈值、几何形变率或应力变化率大于对应阈值，或变形区延伸至非变形区边界时，将对应区域重新划入变形区。

19、在一种优选的实施方式中，计算特征阻抗预测值和散射参数预测值，包括：获取最近一次经误差判定满足误差允许范围的全模型计算结果，提取对应的基准特征阻抗影响矩阵、基准散射参数影响矩阵、基准工艺状态参数、基准特征阻抗、基准散射参数和偏差补偿值；计算当前工艺状态参数与基准工艺状态参数之间的状态差值；

20、基于所述状态差值、对应的影响矩阵、对应的基准值以及偏差补偿值，确定特征阻抗预测值和散射参数预测值；当所述状态差值超出影响矩阵的预设有效范围，或预测误差超过预设阈值时，作为重新计算触发条件触发重新执行全模型计算。

21、在一种优选的实施方式中，根据比较误差修正所述影响矩阵，包括：获取最新全模型计算结果中的全模型特征阻抗和全模型散射参数，以及局部计算得到的边界响应数据；计算全模型特征阻抗与所述特征阻抗预测值之间的阻抗误差，全模型散射参数与所述散射参数预测值之间的散射参数误差，以及根据边界响应数据计算边界反射误差；

22、当所述阻抗误差、散射参数误差和边界反射误差均小于或等于对应允许阈值时，根据阻抗误差和状态差值，通过增量更新方式修正基准特征阻抗影响矩阵；当阻抗误差或散射参数误差大于对应允许阈值时，缩小影响矩阵的预设有效范围并缩短所述第二计算周期；当边界反射误差大于对应允许阈值时，扩大变形区范围。

23、在一种优选的实施方式中，修正所述边界补偿系数，包括：从所述声发射信号中提取当前声发射主频，并获取所述当前声发射主频与预先标定的基准声发射主频之间的频率偏移量、变形区与非变形区各自等效波阻抗之差作为等效波阻抗差值，以及上一第二计算周期的边界反射误差；根据所述频率偏移量、所述等效波阻抗差值、所述边界反射误差以及对应的标定系数，更新并确定边界补偿系数；将所述边界补偿系数与上一周期修正前边界阻抗相乘，得到修正后的边界阻抗。

24、在一种优选的实施方式中，输出折弯工艺调整指令，包括：获取所述通讯母排的目标特征阻抗，计算所述特征阻抗预测值与目标特征阻抗之间的阻抗偏差；当所述阻抗偏差超过控制阈值时，根据影响矩阵对应元素的正负相关关系，从折弯头位移、伺服速度和模具接触压力中选择至少一个工艺参数作为调整对象，生成折弯工艺调整指令；

25、在最新全模型计算结果返回后，对比最新全模型阻抗偏差与所述阻抗偏差的方向和差值，若方向相同则确认下发所述折弯工艺调整指令并修正预先设定的控制增益参数；若方向相反或差值超过校验阈值，则撤销工艺调整量并触发扩大变形区范围。

26、由上可知，应用本发明提供的技术方案可以得到以下的有益效果：

27、1.本发明通过结合基于影响矩阵的第一计算周期快速预测，以及针对局部变形区与非变形区等效电路模型联合求解的第二计算周期，实现了全模型计算与局部自适应降维计算的协同；本方法避免了折弯过程中频繁依赖全局网格重构与整体耦合求解，大幅降低了电磁与结构耦合计算的复杂度，消除了传统静态全模型计算响应延迟超过时间阈值的缺陷，有效提升了母排折弯过程中特征阻抗和散射参数的实时预测速度。

28、2.本发明通过采集折弯头位移、伺服速度、模具接触压力及声发射信号等多源动态数据，准确划定变形区并构建等效电路模型，并利用同时间戳的最新全模型结果与预测值进行比较，动态修正影响矩阵、偏差补偿值与控制增益参数；这种闭环误差补偿与校验机制消除了预测漂移，防止了误调整，实现了折弯工艺调整指令的精准输出，显著提升了母排折弯工艺调整的准确性与控制稳定性。