(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111549409.5 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第三十八研 究所 地址 230000 安徽省合肥市高新区香 樟大 道199号 (72)发明人 郭磊　田富君　魏一雄　张红旗　 郭黎　张燕龙　陈亮希　程五四　 谢伶俐　吴钱昊　时宇航　苏建军　 (74)专利代理 机构 北京久诚知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 11542 代理人 刘归港 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01)G06F 111/02(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 电子装备数字孪生模型及其构建方法和应 用 (57)摘要 本发明提供一种电子装备数字孪生模型及 其构建方法和应用， 涉及数字孪生领域。 电子装 备数字孪生模型中数字孪生元模型包括数据驱 动模型和数据分析模型； 数据驱动模型， 用于描 述物理装备的几何信息、 物理属性和装配约束关 系； 数据分析模型， 用于表达物理装备的功能特 征， 包括结构系统模型、 控制系统模型、 电气系统 模型、 以及面向数字孪生派生模 型的人工智能算 法模型； 数字孪生派生模型， 用于反映物理装备 应用过程中的物联管控维。 构建了物理装备的数 字孪生模型， 利用数据通信模块进行物理装备与 数字孪生装 备的实时映射， 实现物理装备状态信 息、 故障诊断信息、 预测性维护信息、 健康管 理信 息的可视化显示、 分析与管理， 提升电子装备的 远程运维水平。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114357732 A 2022.04.15 CN 114357732 A 1.一种电子装备数字孪生模型， 其特征在于， 包括数字孪生元模型和数字孪生派生模 型； 所述数字 孪生元模型包括数据驱动模型和数据分析模型； 所述数据驱动模型， 用于描述物理装备的几何信息、 物理属性和装配约束关系； 所述数据分析模型， 用于表达物理装备的功能特征， 包括结构系统模型、 控制系统模 型、 电气系统模型、 以及面向应用服 务的所述数字 孪生派生模型的人工智能算法模型； 所述数字 孪生派生模型， 用于反映物理装备应用过程中的物联 管控维。 2.一种如权利要求1所述的 电子装备数字孪生模型， 其特征在于， 还包括环境模型， 所 述环境模型用于反映物理装备作业环境。 3.一种如权利要求1或者2所述的 电子装备数字孪生模型， 其特征在于， 所述数字孪生 派生模型， 用于采用数学方法对物理设备的故障模式进 行识别、 评价， 所述数学方法包括基 于知识的神经网络法、 专家系统法、 故障树法、 以及数据驱动的多元统计分析法、 聚类分析 法。 4.一种如权利要求1～3任一项所述的电子装备数字孪生模型的构建方法， 其特征在 于， 包括： S300、 需求分析： 根据物理装备不同场景下的应用需求， 梳理模型的几何特征、 物理属 性、 约束条件和行为 规则信息， 确定数字 孪生模型的构建、 应用之间的关系内容； S301、 模型构建： 根据物理装备的特点和不同场景下的应用需求， 通过三维设计软件、 仿真软件和人工智能算法分别构建数据驱动模型和数据分析模型， 所述数字孪生模型支持 装备故障点在模型 上的标记、 加载和显示； S302、 模型融合： 在统一的坐标系上， 对数据驱动模型和数据分析模型进行融合， 并按 照实际操作要求与规范进行坐标匹配、 位置标定； S303、 模型检查与修改： 通过物 理装备的历史数据驱动模型工作， 检查模型的鲁棒性和 合理性， 并对于模型检查 不符合要求的几何、 物理、 约束或者功能特 征进行修改； S304、 模型管理： 对模型进行分层次、 类别和版本管理。 5.如权利要求4所述的电子装备数字孪生模型的构建方法， 其特征在于， 所述S301中通 过三维设计软件建立物理装备 的数据驱动模型， 对装备几何特征进行映射， 材质应与物理 装备的材质一致， 颜色、 纹理、 贴图应接近于物理装备实际外观； 采用仿真软件和人工智能 算法建立物理装备的数据分析模型， 对 装备行为机理进行描述。 6.如权利要求3所述的电子装备数字孪生模型的构建方法， 其特征在于， 所述S301中数 据驱动模型的构建过程包括： S400、 接口设计： 按照预定义的数据类型进行数据输入/输出， 并适配接入数据分析模 型的软件接口； S401、 数据驱动模型设计： 通过三维设计平台或工具， 对已有的数据驱动模型进行简 化、 轻量化、 贴图处理， 对无法直接获取的装备数据驱动模型进行逆向建模， 并根据孪生数 据进行模型动态更新； S402、 模型简化与轻量化： 删除不影响模型应用要求中的几何特征、 零部件和信息， 对 保留的几何特征进行面片处理， 使模型简化和轻量化的数据量小， 并尽量保证轻量化后的 模型与物理装备在几何、 外形 上保持一 致；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357732 A 2S403、 模型物 理属性和约束条件： 根据物 理装备的物理属性进行设置， 并根据不同应用 需求， 设置材 料属性， 所述材 料属性包括力学、 电学、 磁学和光学属性； S404、 模型检查与修改： 按照模型应用需求以及物理装备与模型的几何特征、 装配约束 一致性检查规则， 对模型进行检查， 并根据模型检查的结果， 对不符合要求的几何、 设置材 料和装配约束等组成要素进行修改。 7.如权利要求3所述的电子装备数字孪生模型的构建方法， 其特征在于， 所述S301中数 据分析模型的构建过程包括： S500、 接口设计： 按照预定义的数据类型进行数据输入/输出， 并适配接入数据分析模 型的软件接口； S501、 数据分析模型设计： 通过相应的仿真软件和人工智能算法构建描述装备行为机 理的数字模型， 包括运动学模型、 动力学分析模 型、 热仿真分析模型、 可靠性仿 真分析模型、 静力学分析模型、 电性能仿真模型、 伺服控制系统仿真模型等多学 科和多物理量分析模型； S502、 功能特性设置： 根据物理装备各个系统的各自特点和应用要求， 对模型的功能属 性特性进行描述与设置， 所述功能属性包括应力、 应 变、 通信和电磁干扰； S503、 模型检查与修改： 按照模型应用需求以及物理装备与模型的状态属性和行为规 则一致性的检查 规则， 对模型进行检查， 对不符合要求的状态要素进行修改。 8.根据权利要求6或者7所述的 电子装备数字孪生模型的构建方法， 其特征在于， 所述 S400或者S500的接口应提供 数据实时同步、 数据压缩和数据质量评估功能。 9.一种如权利要求1～3任一项所述的 电子装备数字孪生模型的应用， 其特征在于， 包 括： 采用传感器采集或已有 数据系统数据， 对物理装备进行可视化状态监控， 并利用数据采 集阶段边缘端计算以及大数据分析， 对物理装备进 行故障包括状态监控、 故障诊断、 预测性 维护和健康管理。 10.如权利要求9所述的电子装备 数字孪生模型的应用， 其特 征在于， 包括： 所述状态监控是基于实时采集数据， 在数字空间监测物理装备的运行状态， 并对异常 数据进行报警或进行相应的自动控制； 所述故障诊断是基于物理装备的运行历史数据构建故障诊断模型， 对关键故障参数进 行实时监控， 结合 通过装备运行状态特 征识别设备故障模式； 所述预测性维护是基于实时运行数据， 分析物理装备关键部件的损伤和退化机理， 实 时分析关键部件内部损伤状态， 实现装备 的预测性维护， 所述预测性维护包括状态趋势预 测和剩余寿命预测， 状态趋势预测能根据监测数据及历史时序数据预测物理装备的状态时 序， 并结合故障诊断模型描述故障产生、 传递过程， 预测可能发生的故障模式， 剩余寿命预 测通过实时监测关键部件和 易损部件的损伤状态数据， 分析其失效原因， 动态更新预测性 模型； 所述健康管理根据故障诊断和预测性维护结果， 提供一系列的维修维护保障措施。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357732 A 3