一种基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法与流程

本发明属于工业企业设备的智能制造管理领域，更具体的说涉及一种基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法。

背景技术：

在设备零部件生命周期管理过程中，一台复杂的设备里，同型号的零部件如轴承、螺栓、密封圈、关键件等会安装使用在设备上的不同位置。同型号零部件由于安装位置不同，工况差异大，易导致同型号的零部件使用寿命不同，生命周期也会存在较大的差异，这使零部件的生命周期管理无法精确到每个个体。日常工作中得出的零部件生命周期是通过人工统计得出一个平均值，这样得出的结果经验性强、主观性强，同一型号零部件在不同工况下不能区别对待，容易造成过度维修或者欠维修的情况，影响设备的生产效率，造成修理成本不必要的投入。

在目前设备零部件生命周期管理中，多采用工厂采购零部件相邻两个批次间的时间进行粗放统计。对于复杂程度较高的设备，采用树状结构辅以文件名的命名方式来区分同型号零部件，但由于文字描述的有限性，以这种方式来区分零部件是极易混淆的，设备运维管理技术人员需要花费更多的时间去识别具体零部件，统计工作量比较大，统计得出的零部件生命周期不准确，造成无法通过信息化手段对零部件的生命周期进行科学的管理。

技术实现要素：

为克服生命周期管理过程中的不同安装位置同型号零部件无法具体识别的问题，本发明利用建立设备数字孪生体，在零部件的物理属性中加入零部件位于设备数字孪生体内部空间的空间坐标值，以此属性来作为区分不同空间位置相同型号零部件的身份标识。

为了实现上述目的，本发明是用过一下技术方案实现的：利用设备数字孪生体的空间定位来区分设备中的同型号零部件，并应用于零部件生命周期管理过程中，所述的基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法的数学模型建立具体步骤为：

step1.建立零部件原点在实体内部的零件数字孪生体模型；

step2.将零件作为装配体，建立设备数字孪生体；

step3.确立零部件在设备数字孪生体内的空间坐标值；

step4.在零部件的物理属性中加入零部件位于设备数字孪生体内部空间的空间坐标值；

所述的基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法还包括存储数字孪生体模型、零部件生命周期数据的数据库服务器，用于与数据库服务器进行数据交互的客户端。

进一步的，所述的步骤2，将零件作为装配体，建立设备数字孪生体；建立设备数字孪生体需要把一台设备的所有零部件通过三维建模的方式建立，放在一个坐标系里，设备内的任一零件、总成件和部组件相对于该设备孪生体总坐标原点的三维空间坐标值是一个常量矩阵，具有唯一性。

进一步的，所述的步骤3，确立零部件在设备数字孪生体内的空间坐标值；需要保证零部件原点位于零部件数字孪生体的实体内部，在零件装配过程中将该原点引入设备数字孪生体内部，生成该零部件的三维空间坐标值属性。

进一步的，在系统建立之初，系统上线运行前设备并非全新未使用状态，系统记录的零部件第一个生命周期值为无效值，当零件发生第二次更换时，真实有效的生命周期预测值将被服务器的系统数据库记录。

进一步的，所述的客户端为web、3d操作界面，客户端远程访问存放在数据库服务器的设备数字孪生体3d数字模型，设备数字孪生体使用零件名称及零件坐标与数据库内保存信息进行交互，数据库记录用户对零件的任何维护更换保养信息。

进一步的，数据库服务器采用b/s(browser/server浏览器-服务器)体系模式，将客户机端的应用程序模块与显示功能分离，应用程序模块置于服务器端，客户机上只通过浏览器操作。

设备供应商、零部件生产商可获得数据库服务器的部分访问权限；零部件库存量、生命周期、维修记录将实时同步到供应商服务器，为供应商组织生产、产品技术改进、新品研发、物流货运提供参考信息。

本发明有益效果：

本发明将设备数字孪生体管理平台中的坐标值作为零部件身份标识的一个重要信息，加入基本信息内，可以实现同型号零部件的位置识别。当设备中多个零部件的坐标原点完全重合时，通过识别零部件的名称、型号及其他信息就可以有效区分。对于不同设备上使用的相同型号零部件来说，可以把所有的设备放在车间坐标系里进行辨识。在信息管理系统(mes或erp)中，坐标值信息可以由设备bom带入系统，并与数据库保持连接，当使用者对零部件进行更换、保养时，在管理平台中相应的设备孪生体就自动记录相关使用信息，实现对具体零部件的生命周期管理，进而精准的开展设备预知维修。

附图说明

图1是基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法框图；

图2是数字孪生体内部零部件坐标信息定位识别示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，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，本领域普通技术人员在没有做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。

利用设备数字孪生体的空间定位来区分设备中的同型号零部件，并应用于零部件生命周期管理过程中，所述的基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法的数学模型建立具体步骤为：

step1.建立零部件原点在实体内部的零件数字孪生体模型；

step2.将零件作为装配体，建立设备数字孪生体；

step3.确立零部件在设备数字孪生体内的空间坐标值；

step4.在零部件的物理属性中加入零部件位于设备数字孪生体内部空间的空间坐标值；

所述的基于设备数字孪生体管理平台的零部件生命周期管理方法还包括存储数字孪生体模型、零部件生命周期数据的数据库服务器，用于与数据库服务器进行数据交互的客户端。

所述的步骤2，将零件作为装配体，建立设备数字孪生体；建立设备数字孪生体需要把一台设备的所有零部件通过三维建模的方式建立，放在一个坐标系里，设备内的任一零件、总成件和部组件相对于该设备孪生体总坐标原点的三维空间坐标值是一个常量矩阵，具有唯一性。

所述的步骤3，确立零部件在设备数字孪生体内的空间坐标值；需要保证零部件原点位于零部件数字孪生体的实体内部，在零件装配过程中将该原点引入设备数字孪生体内部，生成该零部件的三维空间坐标值属性。该属性包含在设备孪生体的基本属性中，零部件坐标系相对孪生体总坐标系的旋转矩阵和平移向量，旋转矩阵的引入，保证了在设备数字孪生体管理平台内部零部件三维空间坐标值的唯一性。

在设备数字孪生体管理平台内，零部件与装配体坐标系间的关系用矩阵变换原理实现。如图2所示，设备孪生体坐标系为oass-xayaza，数字孪生体内设备总的坐标系原点为1，零部件坐标系为opart-xpypzp，零部件原点为图中2，两坐标系间的平移向量可表示为：

旋转矩阵为：

在齐次坐标下，零件坐标系与装配体坐标系间的关系为：

当设备中多个零部件的坐标原点完全重合时，通过识别零部件的名称、型号及其他信息就可以有效区分。对于不同设备上使用的相同型号零部件来说，可以把所有的设备放在车间坐标系里进行辨识。

在系统建立之初，零部件的理论生命周期计算值被作为属性之一保存在数据库系统中。当修理维护人员通过系统更换损毁的零部件时，零件的生命周期自动被管理平台记录在数据库内。大部分情况下，系统上线运行前设备并非全新未使用状态，系统记录的第一个生命周期值为无效值。当零件发生第二次更换时，真实有效的生命周期预测值将被系统记录。用户使用客户端web、3d操作界面远程访问存放在基于设备数字孪生体管理平台上的3d数字模型，设备数字孪生体使用零件名称及零件坐标与数据库交互，数据库记录用户对零件的任何维护更换保养信息。

所述的客户端为web、3d操作界面，客户端远程访问存放在数据库服务器的设备数字孪生体3d数字模型，设备数字孪生体使用零件名称及零件坐标与数据库内保存信息进行交互，数据库记录用户对零件的任何维护更换保养信息，，建立设备的数字孪生体后轻量压缩存放于服务器端，用户通过web方式访问，保证了数字模型的安全性，同时也降低了客户端所需硬件支持，用户可根据需求，方便地在手机端、平板端访问该系统。

数据库服务器采用b/s(browser/server浏览器-服务器)体系模式，将客户机端的应用程序模块与显示功能分离，应用程序模块置于服务器端，客户机上只通过浏览器操作，有效避免c/s(client/server客户-服务器)模式客户端与服务器端负荷不均的弊端，避免f/s(file/server文件-服务器)模式文件的不安全性。

设备供应商、零部件生产商可获得数据库服务器的部分访问权限；零部件库存量、生命周期、维修记录将实时同步到供应商服务器，为供应商组织生产、产品技术改进、新品研发、物流货运提供参考信息，设备销售到企业后直至报废的过程中，系统内的设备、零部件信息与供应商对接，供应商将利用所获得的信息组织产品研发改造，即为产品销售到企业前的前期生命周期管理(提出概念-设计-生产)提供了技术支持和保障。设备配件的动态管理可以提高设备的利用率，当库存量低于预设值时启动预警提示，推送采购申请，采购部拟定采购订单，减少中间环节，提高财务预算的准确度以及零部件采购效率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非限制尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解可以在形式上和细节上对其做出各种改变，而不偏离本发明的保护范围。