用于工业产品研发的虚拟物理系统的制作方法

本技术涉及研发，特别是涉及一种用于工业产品研发的虚拟物理系统。

背景技术：

1、随着数字化仿真技术的快速发展，计算机辅助工程、多物理场仿真和数字孪生等技术已在工业产品研发中得到广泛应用，这些技术能够在数字空间中对产品性能进行一定程度的模拟和验证，从而部分替代物理样机试验，缩短研发周期。

2、传统技术中，研发人员通常采用分立的软件工具执行不同阶段的研发任务，例如使用三维建模工具进行结构设计、使用独立的有限元分析工具进行力学仿真、使用计算流体力学工具进行热流分析、再使用专门的测试软件进行验证，各工具之间的数据传递依赖人工导出和导入，研发流程的各阶段（概念设计、详细设计、仿真验证、工艺制造、运行监控）在信息层面相互割裂。

3、然而，上述传统研发方式存在以下技术问题：各分立的仿真工具之间缺乏统一的数据流转机制，设计参数在不同工具间传递时需要人工转换，导致数据一致性和可追溯性难以保证；研发各阶段之间的信息割裂使得设计决策难以获得全流程数据支撑，每次设计变更后需要在多个工具中重复建模和设置，研发效率低下。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在数字空间中实现需求到验证的完整闭环的，且提高研发效率的用于工业产品研发的虚拟物理系统。

2、第一方面，本技术提供一种用于工业产品研发的虚拟物理系统，所述系统包括：

3、物理基础层，存储有对真实物理世界中的物理规律进行数字化表征的知识库；

4、基础支撑层，部署于所述物理基础层之上，用于基于所述物理基础层提供数据处理能力；

5、研发逻辑模型层，部署于所述基础支撑层之上，用于提供标准化的产品研发流程模板，所述流程模板定义从需求到测试验证的多个研发阶段及各所述研发阶段间的映射关系；

6、智能体协同层，部署于所述基础支撑层之上，包括总工智能体和多个专业智能体，所述总工智能体用于调度各所述专业智能体协同执行研发子任务；

7、产品工程层，部署于所述智能体协同层之上，用于将所述智能体协同层的输出转化为符合工程规范的目标成果，所述目标成果通过三维数字化模型表示；

8、应用场景层，部署于所述产品工程层之上，用于接收产品需求信息并展示所述目标成果；

9、所述系统包括下行数据流转模式和上行数据流转模式，所述下行数据流转模式中所述产品需求信息从所述应用场景层逐级流转至所述物理基础层得到物理计算结果，所述上行数据流转模式中所述物理计算结果从所述物理基础层逐级流转至所述应用场景层并转化为所述目标成果。

10、在一些可选的实施例中，所述下行数据流转模式包括：

11、所述应用场景层接收产品需求信息后传递至所述产品工程层；

12、所述产品工程层将所述产品需求信息拆解为工程任务后传递至所述智能体协同层；

13、所述智能体协同层通过所述总工智能体调度对应的专业智能体执行所述工程任务后将处理结果传递至所述研发逻辑模型层；

14、所述研发逻辑模型层按所述流程模板组织研发序列后传递至所述基础支撑层；

15、所述基础支撑层分配计算资源并调用所述物理基础层中的所述知识库执行物理场数值计算得到物理计算结果。

16、在一些可选的实施例中，所述上行数据流转模式包括：

17、所述物理基础层将所述物理计算结果传递至所述基础支撑层进行数据整合；

18、所述基础支撑层将整合后的数据传递至所述研发逻辑模型层进行阶段验证和优化；

19、所述研发逻辑模型层将验证和优化通过的数据传递至所述智能体协同层进行多智能体联合推演；

20、所述智能体协同层将推演结果传递至所述产品工程层生成目标成果；

21、所述产品工程层将所述目标成果传递至所述应用场景层，所述应用场景层输出所述目标成果。

22、在一些可选的实施例中，所述物理基础层的知识库包括：基于最小作用量原理描述真实物理世界的基本规律、用于描述物质运动规律的控制方程、以及用于进行多场耦合计算的不同的物理场模型；所述控制方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程中的至少一个。

23、在一些可选的实施例中，所述基础支撑层包括：大语言模型、数据工程实验室、云原生架构和物理求解器接口；所述基础支撑层用于将物理规律与ai算法进行融合，为所述智能体协同层的各智能体提供计算能力、数据处理能力和模型推理能力，且所述大语言模型包括注意力机制。

24、在一些可选的实施例中，所述研发逻辑模型层中的所述流程模板为v型研发流程模板，所述v型研发流程模板包括分解阶段序列和集成验证阶段序列，每一分解阶段与对应的集成验证阶段之间形成双向追溯链接，所述双向追溯链接用于在验证不通过时回溯至对应的分解阶段进行设计修正。

25、在一些可选的实施例中，所述研发逻辑模型层的研发效能通过以下函数进行评估：

26、

27、其中，为v型研发流程模板的研发效能，为研发阶段总数，为第i个研发阶段的需求与规格的验证函数，为第i个研发阶段的需求，为第i个研发阶段的规格，为第i个研发阶段的权重系数。

28、在一些可选的实施例中，所述多个专业智能体包括以下至少一种：

29、需求分析智能体，用于对所述产品需求信息进行分析得到至少一个初始设计方案；

30、多物理场处理智能体，用于确定所述初始设计方案对应的物理场模型，并建立多物理层耦合关系，基于所述多物理场耦合关系对所述初始设计方案进行仿真，得到仿真结果；

31、物理信息增强智能体，用于识别所述仿真结果中的问题，并对设计方案进行优化，将优化后的设计方案反馈至所述多物理场处理智能体重新进行仿真，直至所述仿真结果满足设计要求，得到目标设计方案。

32、在一些可选的实施例中，所述多个专业智能体还包括：

33、测试验证智能体，用于获取虚拟测试台，并在所述虚拟测试台对所述目标设计方案进行测试验证，并记录各工况下的性能信息，并基于所述性能信息得到测试结果，且在所述测试结果未通过的情况下，对所述目标设计方案进行修正，并触发所述多物理场处理智能体对修正后的目标设计方案重新进行仿真，以及对重新仿真后的设计方案再次进行测试验证，直至测试通过；所述虚拟测试台与真实物理测试设备一致；

34、目标工况模拟智能体，用于在所述虚拟测试台配置各目标工况，所述目标工况包括极端工况和故障工况。

35、在一些可选的实施例中，所述多个专业智能体还包括：工艺设计智能体，用于基于测试通过的所述目标设计方案生成制造工艺参数；

36、制造仿真智能体，用于基于所述制造工艺参数对制造过程进行数字化模拟得到制造仿真结果；

37、质量预评估智能体，用于基于所述制造仿真结果得到预测质量指标，并与所述产品需求信息中的目标质量指标进行比对得到质量比对结果；

38、工艺优化智能体，用于根据所述质量比对结果调整工艺参数和/或工艺路线，直至基于所述制造仿真结果得到产品质量指标满足所述产品需求信息中的产品质量指标。

39、在一些可选的实施例中，所述多个专业智能体还包括：

40、数字孪生智能体，用于获取真实物理世界中物理产品采集的产品运行数据，并将所述产品运行数据同步至数字孪生体，并基于所述数字孪生体的状态数据进行监控和预警。

41、在一些可选的实施例中，所述多个专业智能体还包括：

42、智能优化智能体，用于基于积累的运行数据和用户反馈生成产品优化建议；

43、知识沉淀智能体，用于从产品全生命周期的运行数据中提取故障模式、性能退化规律和优化机会，并更新所述知识库；

44、产品迭代智能体，用于触发新一轮研发循环，从所述优化建议出发进入需求定义阶段，形成持续迭代的研发闭环。

45、在一些可选的实施例中，各所述专业智能体的决策策略基于值函数迭代方法选择最优动作，所述值函数迭代方法的最优值函数为：

46、

47、其中，为状态s的最优价值函数，表示从状态s出发能获得的最大累计回报；为在状态s执行动作a的即时回报，为折扣因子（），用于衡量未来回报的重要性，为状态转移概率，表示在状态s执行动作a后转移到状态s'的概率。

48、在一些可选的实施例中，所述仿真通过神经网络进行，所述神经网络的总损失函数为：

49、

50、为神经网络的总损失，为数据驱动损失，衡量神经网络预测值与真实测量数据的偏差，为物理约束损失，衡量神经网络预测结果是否满足控制方程，为边界条件损失，衡量神经网络在边界处是否满足给定条件，、、为加权系数，通过自适应调整平衡三项损失的贡献。

51、在一些可选的实施例中，多个所述专业智能体的协同输出构成智能体协同输出矩阵，所述智能体协同输出矩阵的聚合输出表示为：

52、

53、其中，为智能体矩阵总输出，为所述专业智能体的数量，为第个所述专业智能体的权重，为第个所述专业智能体的输出，为第个专业智能体和第j个专业智能体的协同系数，为协同算子。

54、在一些可选的实施例中，所述产品工程层包括：

55、架构与平台定义模块，用于定义产品平台的通用架构和模块间接口规范；

56、物理集成设计模块，用于对产品的多个物理子系统进行联合设计与接口匹配；

57、系统级工程管理模块，用于管理产品全生命周期中的需求条目、设计变更和验证记录；

58、质量与制造工程模块，用于执行虚拟质量评估和数字化制造工艺设计；

59、供应链与成本分析模块，用于构建供应链网络模型并进行产品成本估算与优化。

60、在一些可选的实施例中，所述产品工程层的工程效能通过以下函数评估：

61、

62、其中，为产品x的工程效能，为所述物理集成设计模块的输出，为所述物理集成设计模块中仿真环节的输出，为所述系统级工程管理模块中验证环节的输出，为所述质量与制造工程模块的输出，、、、为对应的各模块的权重系数。

63、在一些可选的实施例中，所述应用场景层包括：

64、需求交互单元，用于获取用户以自然语言和/或结构化数据形式输入的产品需求信息；

65、可视化展示单元，用于将所述目标成果以三维模型、仿真云图、数据图表和方案报告的形式中的至少一种输出。

66、在一些可选的实施例中，所述应用场景层的应用价值通过以下函数评估：

67、

68、为应用层总价值，为应用场景数量，为第k个场景的权重，为该场景的效用函数，为产品x的数据输入。

69、在一些可选的实施例中，所述系统的人机协同效率通过以下函数评估：

70、

71、其中，为人机协同的总效率，为专家的效率贡献，为ai的效率贡献，为人机交互的协同效应，、、为权重系数，根据不同研发场景动态调整。

72、上述用于工业产品研发的虚拟物理系统，包括：物理基础层，存储有对真实物理世界中的物理规律进行数字化表征的知识库；基础支撑层，部署于所述物理基础层之上，用于基于所述物理基础层提供数据处理能力；研发逻辑模型层，部署于所述基础支撑层之上，用于提供标准化的产品研发流程模板，所述流程模板定义从需求到测试验证的多个研发阶段及各所述研发阶段间的映射关系；智能体协同层，部署于所述基础支撑层之上，包括总工智能体和多个专业智能体，所述总工智能体用于调度各所述专业智能体协同执行研发子任务；产品工程层，部署于所述智能体协同层之上，用于将所述智能体协同层的输出转化为符合工程规范的目标成果，所述目标成果通过三维数字化模型表示；应用场景层，部署于所述产品工程层之上，用于接收产品需求信息并展示所述目标成果；所述系统包括下行数据流转模式和上行数据流转模式，所述下行数据流转模式中所述产品需求信息从所述应用场景层逐级流转至所述物理基础层得到物理计算结果，所述上行数据流转模式中所述物理计算结果从所述物理基础层逐级流转至所述应用场景层并转化为所述目标成果，通过六层架构及双向数据流转，在数字空间内实现从需求到验证的完整闭环，缩短研发周期，提高研发效率。