基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统的制作方法

1.本发明涉及智能制造领域，具体而言，本发明涉及一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统。


背景技术：

2.薄壁类零件具有腔深、壁薄、易变形的特点，属于数控加工中的一大难题。以航空航天领域中大型薄腔壁为例，其在加工中容易产生变形，这就会造成加工中过切、切削不到位等情况，工件精度得不到保证，甚至会造成工件报废的问题。


技术实现要素：

3.为了解决大型薄腔壁加工中易报废的问题，本发明提供了一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统，该基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统包括工件实时状态识别模块、工件状态信息显示预警模块及数字孪生系统，所述工件状态信息显示预警模块、数字孪生系统分别与所述工件实时状态识别模块连接；
4.所述工件实时状态识别模块包括：
5.工件扫描模块，用于实时扫描工件状态及加工状态，并将所述实时扫描的工件状态及加工状态反馈给所述数字孪生系统，同时，将所述实时扫描的工件状态及加工状态输出到所述工件状态信息显示预警模块；
6.工件测量模块，用于获取工件加工结果信息，并将工件加工结果信息反馈给所述数字孪生系统，同时，将工件加工结果信息输出到所述工件状态信息显示预警模块；
7.工件拍照模块，用于拍照获取工件加工前后数据信息，并将所述工件加工前后数据信息反馈给所述数字孪生系统，同时，将工件加工前后数据信息输出到所述工件状态信息显示预警模块。
8.优选地，所述数字孪生系统包括孪生模型在线更新模块和数字孪生模型模块，所述孪生模型在线更新模块与所述工件实时状态识别模块连接，所述孪生模型在线更新模块和所述数字孪生模型模块连接。
9.优选地，所述孪生模型在线更新模块包括工件数据在线采集模块和工件数据在线更新模块，所述工件数据在线采集模块与所述工件实时状态识别模块连接，所述工件数据在线更新模块与所述工件数据在线采集模块连接。
10.优选地，所述工件数据在线采集模块与所述工件实时状态识别模块中的所述工件扫描模块连接；所述工件数据在线更新模块包括用于根据所述工件扫描模块实时扫描的工件状态及加工状态优化工件加工工艺信息的经验单元，所述经验单元与所述数字孪生模型模块连接。
11.优选地，所述数字孪生模型模块包括工件加工经验升级模块和与所述工件加工经验升级模块连接的工件加工经验模块，所述工件加工经验升级模块与所述经验单元连接。
12.优选地，所述工件数据在线采集模块与所述工件实时状态识别模块中的所述工件
测量模块连接，所述工件数据在线更新模块包括孪生判断单元，所述孪生判断单元用于根据工件测量模块采集的工件加工结果信息判断是否需要再次执行加工。
13.优选地，所述工件数据在线采集模块与所述工件实时状态识别模块中的所述工件拍照模块连接，所述工件数据在线更新模块包括与所述数字孪生模型模块连接的工件库单元，所述工件库单元用于根据工件拍照模块采集的工件加工前后数据信息更新工件加工前及加工后数据库。
14.优选地，所述数字孪生模型模块还包括工件结构模块和用于在工件加工前的模拟切削仿真的工件加工仿真模块，所述工件结构模块基于预置的待加工大型薄腔壁构建。
15.优选地，所述工件状态信息显示预警模块包括用于显示工件当前状态的显示信息模块、用于工件当前特性信息说明的工件信息说明模块以及用于工件加工异常报警的预警提示指导模块；所述预警提示指导模块包括预警判断单元，所述预警判断单元与所述工件实时状态识别模块连接。
16.与现有技术相比，本发明一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统具有如下有益效果：
17.本发明一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统通过结合数字孪生技术及智能扫描测量技术，极大降低了大型薄腔壁加工中产生的工件报废，增强了工件加工的稳定性，能显著提高经济效益。
18.本发明提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统的整体结构示意图；
22.图2为本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中的工件实时状态识别模块的模块结构示意图；
23.图3为本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中的数字孪生系统的模块结构示意图；
24.图4为本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中的工件状态信息显示预警模块结构示意图。
25.图中标识说明：
26.10、工件实时状态识别模块；
27.101、工件扫描模块；103、工件测量模块；105、工件拍照模块；
28.20、工件状态信息显示预警模块；201、预警提示指导模块；2011、预警判断单元；203、工件信息说明模块；205、显示信息模块；
29.30、数字孪生系统；
30.301、孪生模型在线更新模块；3011、工件数据在线采集模块；3013、工件数据在线更新模块；3012、孪生判断单元；3014、经验单元；3016、工件库单元；
31.302、数字孪生模型模块；3021、工件结构模块；3023、工件加工仿真模块；3025、工件加工经验模块；3027、工件加工经验升级模块。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
33.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，本领域技术人员在没有作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。
34.请参阅图1，图1示出了本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统的整体结构示意图，如图1所示，本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统包括工件实时状态识别模块10、工件状态信息显示预警模块20及数字孪生系统30，其中，工件状态信息显示预警模块20、数字孪生系统30分别与工件实时状态识别模块10连接。
35.请参阅图2，图2示出了本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中工件实时状态识别模块10的模块结构示意图，如图2所示，工件实时状态识别模块10包括：
36.工件扫描模块101，用于实时扫描工件状态及加工状态，并将实时扫描的工件状态及加工状态反馈给数字孪生系统30，同时，将实时扫描的工件状态及加工状态输出到工件状态信息显示预警模块20；
37.工件测量模块103，用于获取工件加工结果信息，并将工件加工结果信息反馈给数字孪生系统30，同时，将工件加工结果信息输出到工件状态信息显示预警模块20；
38.工件拍照模块105，用于拍照获取工件加工前后数据信息，并将工件加工前后数据信息反馈给数字孪生系统30，同时，将工件加工前后数据信息输出到工件状态信息显示预警模块20。
39.请参阅图3，图3示出了本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中数字孪生系统30的模块结构示意图，如图3所示，数字孪生系统30包括孪生模型在线更新模块301和数字孪生模型模块302，其中，孪生模型在线更新模块301与工件实时状态识别模块10连接，孪生模型在线更新模块301和数字孪生模型模块302连接。
40.孪生模型在线更新模块301包括与工件实时状态识别模块10连接的工件数据在线采集模块3011、与工件数据在线采集模块3011连接的工件数据在线更新模块3013，其中，工件数据在线采集模块3011与工件实时状态识别模块10连接，工件数据在线更新模块3013与工件数据在线采集模块3011连接。
41.在一些实施方式中，工件数据在线采集模块3011与工件实时状态识别模块10中的工件扫描模块101连接。工件数据在线更新模块3013包括根据工件扫描模块101实时扫描的工件状态及加工状态优化工件加工工艺信息的经验单元3014，该经验单元3014与数字孪生
模型模块302连接。
42.数字孪生模型模块302包括工件加工经验升级模块3027、与工件加工经验升级模块3027连接的工件加工经验模块3025，其中工件加工经验升级模块3027与经验单元3014连接。
43.示例地，在进行大型薄腔壁某一工艺加工时，配置的工艺参数为一个选取范围，譬如1—10，在工艺参数执行中预先配置的是执行靠近下限1的参数，例如2，而实质上目标优选范围则为靠近上限10的参数，这样在实际工件加工过程中如果采集到的实际参数是7，则可以将预先配置的2调整为7，实现工件加工工艺信息的优化。
44.值得注意的是，考虑到大型薄腔壁工艺本身比较复杂，本发明实施例在进行相关的工件加工工艺信息优化后，还会将其输出到工件加工经验升级模块3027，通过工件加工经验升级模块3027完成对工件加工经验模块3025的升级，以进一步总结生产经验，避免过切、切削不到位等情况，同时在一定程度上提升生产效率。
45.在一些实施方式中，为了便于仿真，数字孪生模型模块302包括用于在工件加工前的模拟切削仿真的工件加工仿真模块3023。
46.在一些实施方式中，为了直观显示，数字孪生模型模块302包括工件结构模块3021，工件结构模块3021为工件基础结构模型，与实际加工工件相一致，譬如，预置的待加工大型薄腔壁。
47.在一些实施方式中，工件数据在线采集模块3011与工件实时状态识别模块10中的工件测量模块103连接。工件数据在线更新模块3013包括根据工件测量模块103采集的工件加工结果信息判断是否需要再次执行加工的孪生判断单元3012。
48.具体地，工件数据在线采集模块3011接收工件测量模块103传来的工件加工结果信息，并将其输出至工件数据在线更新模块3013中的孪生判断单元3012，孪生判断单元3012将该工件加工结果信息和预置加工结果信息进行比较，如果两者有所不同，则生产再次执行加工指令，以进一步的对工件进行加工处理，譬如在切削不到位时继续执行切削动作。
49.在一些实施方式中，工件数据在线采集模块3011与工件实时状态识别模块10中的工件拍照模块105连接，工件数据在线更新模块3013包括与数字孪生模型模块302连接的工件库单元3016，工件库单元3016用于根据工件拍照模块105采集的工件加工前后数据信息更新工件加工前及加工后数据库。
50.示例地，工件拍照模块105是对工件加工前及后拍照，建立工件加工前及加工后数据库，并将采集的工件加工前后数据信息反馈给工件库单元3016，在工件库单元3016内部通过处理将工件加工前后数据信息输出到数字孪生模型模块302更新，同时也将采集的工件加工前后数据信息输出到工件状态信息显示预警模块20中。
51.在一些实施方式中，工件加工前及加工后数据库建立在数字孪生模型模块302中。
52.请参阅图4，为了实时了解工件加工信息，本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统中的工件状态信息显示预警模块20包括：
53.显示信息模块205，用于显示工件当前状态，譬如工件是否加工中，工件切削参数，测量数据等信息，实时显示在显示信息模块205上，使加工信息更加直观；
54.工件信息说明模块203，用于工件当前特性信息说明，例如工件加工进度、工件变
形量、工件加工质量等；
55.预警提示指导模块201，用于对工件实时状态识别模块10采集出的工件及工件加工状态如果发生工件加工超差、工件变形量超过允差等异常情况进行报警输出，也即用于工件加工异常报警。
56.在一些实施方式中，预警提示指导模块201包括预与工件实时状态识别模块10连接的预警判断单元2011，该预警判断单元2011用于将工件实时状态识别模块10采集的工件及工件加工状态与预置的工件及工件加工状态进行比较，如果两者的允差在预设范围内，则不进行报警输出，否则，则进行报警输出。这样本发明实施例就能够实现对工件加工状态监控、工件自身状态监控，并通过预置的工件及工件加工状态对比，实现工件状态预警功能，避免工件切削报废。
57.值得注意的是，预警判断单元2011中的预置的工件及工件加工状态及孪生判断单元3012中的预置加工结果信息均是基于预置的待加工大型薄腔壁的技术信息而设定，因此，两者除了具体比较数据信息范围有所不同外，但是，基本的信息，譬如深度、厚度等是一致的。
58.为了便于进一步理解本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统，下面简述其工作原理：
59.本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统通过工件实时状态识别模块10中的工件扫描模块101、工件测量模块103，及工件拍照模块105实时读取工件状态，并将获取的工件状态及加工状态、工件加工结果信息及工件加工前后数据信息一方面传送给数字孪生系统30进行工艺参数优化和加工进度控制等相关处理，另一方面同时也传送工件状态信息显示预警模块20进行显示，能够让用户更加直观看到加工时的一系列信息和及时获取工件加工异常情况信息，在一定程度上提高工件加工可靠性、前瞻性。
60.与现有技术相比，本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统具有如下有益效果：
61.本发明实施例一种基于数字孪生的大型薄腔壁智能化加工预警系统通过结合数字孪生技术及智能扫描测量技术，极大降低了大型薄腔壁加工中产生的工件报废，增强了工件加工的稳定性，能显著提高经济效益。
62.本发明提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。
63.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
64.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
65.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
66.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，randomaccess memory)、磁盘或光盘等。
67.以上所述仅是本发明的部分实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。