基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统的制作方法

技术特征：
1.一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，该系统包括：数据传输模块：用以采集和传输物理空间中的列车轴箱轴承以及列车行驶的离线数据和在线数据；数据储存及融合模块：用以对传输的数据进行接收、存储、融合和分类；虚拟空间模块：用以建立数字孪生模型、mr故障维修指导单元和故障分析与信息匹配单元，数字孪生模型用以提取列车轴向轴承的信息与特征，mr故障维修指导单元和故障分析与信息匹配单元融合得到匹配维修指导解决方案；寿命预测模块：包括三个寿命预测单元和数据整理对比单元，用以预测轴箱轴承的剩余使用寿命；真实维修环境感知模块：用以采集物理维修空间维修环境的数据信息；虚实融合模块：用以生成混合现实维修指导解决方案；信息交互模块：包括寿命报警单元和mr可视化头戴装置，寿命报警单元用以发出预警信息，mr可视化头戴装置用以接收混合现实维修指导解决方案和报警信息。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的物理空间的离线数据包括列车轴箱轴承的几何参数、材料参数和故障缺陷数据，在线数据包括车辆及轴箱轴承的运行数据。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的数据传输模块包括传感器和数据采集器，所述的传感器用于采集寿命预测模块与虚拟空间模块所需要的数据，所述的数据采集器采集传感器得到的数据后传递到数据储存及融合模块储存。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的数据传输模块包括物联网服务器和数据映射装置，所述的物联网服务器用于接收数据采集器传输的轴箱轴承的实时状态数据，并对数据进行预处理，包括数据清洗、特征的提取、识别和分类；所述的数据映射装置包括存储设备和数据库，用于集成来自物理空间等模块的全部数据，并在此基础上对数据进行深度的融合，所述的数据库里的数据包括传感器数据、模型预测数据、初始实验数据、历史寿命计算数据、历史几何参数、材料参数数据和维修操作知识。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的虚拟空间模块中的数字孪生模型包括数字孪生体高保真三维模型和数字孪生体故障特征三维模型，并提取两种数字孪生体模型的列车轴向轴承的信息与特征发送到寿命预测模块。6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的寿命预测模块的三个寿命预测单元分别为基于lundberg
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palmgren寿命预测单元、基于miner的线性损伤积累理论寿命预测单元和基于有初始故障的轴承疲劳试验搭建的轴承经验寿命预测单元；所述的基于lundberg
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palmgren寿命预测单元包括轴承静力学分析模型和基于lundberg
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palmgren寿命模型，用以求解轴承内部载荷分布，得到轴承内部载荷与变形的关系，具体为先求轴承各部分的寿命，然后得到整体轴承寿命l1；
所述的基于miner的线性损伤积累理论的寿命预测单元通过建立列车
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轴承耦合动力学模块获取真实动载荷，得到轴承剩余使用寿命l2；所述的基于有初始故障的轴承疲劳试验搭建的轴承经验寿命预测单元对轴承进行带有初始故障的疲劳试验，搭建剥落后轴承经验寿命模型，将试验采集数据进行处理，将虚拟空间模块提取的列车轴向轴承的信息与特征与试验采集数据进行对比，得出与高保真三维模型相似度最高的带有初始故障的轴承模型，进而得出最接近的经验寿命值l3。7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的数据整理对比单元对整体轴承寿命l1、轴承剩余使用寿命l2和经验寿命值l3进行对比得到寿命预测最小值l
min
并输入到信息交互模块的寿命报警单元，所述的信息交互模块的寿命报警单元内设有报警值l，当寿命预测最小值l
min
大于或等于l时寿命报警单元发出报警。8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的虚拟空间模块的mr维修指导单元根据维修指导技术手册建立mr维修指导平台，再建立数字三维模型，进而建立维修标准示意图，最终形成mr维修指导动画，所述的故障分析与信息匹配单元首先进行信息识别分类，再建立故障数据集，进而建立故障id识别号，最终匹配故障维修行为。9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的真实维修环境感知模块与信息交互模块的mr可视化头戴装置连接，用于根据mr可视化头戴装置的摄像头采集的信息，进行目标识别、场景重建和位姿解算。10.根据权利要求9所述的一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，其特征在于，所述的虚实融合模块通过自然特征注册和人工标识注册相结合的方式将虚拟空间中的匹配维修指导解决方案和真实环境感知模块目标识别、场景重建和位姿解算的结果进行虚实融合，生成混合现实维修指导解决方案并传送至mr可视化头戴装置指导维修人员进行故障维修。

技术总结
本发明涉及一种基于数字孪生的列车轴箱轴承寿命预测及故障维修系统，包括数据传输模块、数据储存及融合模块、虚拟空间、寿命预测模块、真实维修环境感知模块和信息交互模块，其中，寿命预测模块通过物理空间里的数据信息建立寿命预测模型；虚拟空间模块建立数字孪生模型、MR故障维修指导单元和故障分析与信息匹配单元；真实维修环境感知模块采集物理维修空间维修环境的数据信息；虚实融合模块用于生成混合现实维修指导解决方案；信息交互模块进行故障数据交互，实现指导维修人员进行故障维修，与现有技术相比，本发明具有提高寿命预测及故障维修的准确性、降低维修成本、解决维修现场指导资源浪费和维修人员维修知识欠缺的技术难题等优点。难题等优点。难题等优点。


技术研发人员：吕银辰 廖爱华 胡定玉 师蔚
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/10/28