一种基于数字孪生的TPM设备管理虚拟验证方法及系统

一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统
技术领域
1.本发明涉及数字孪生技术领域，具体为一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统。


背景技术：

2.tpm是以提高设备综合效率为目标，以全系统的预防维修为过程，全体人员参与为基础的设备保养和维修管理体系。
3.tpm设备管理系统可以帮助实现全部设备和设备各种状态下的标准规范化的现场作业和规范化的事件处理流程。tpm设备管理系统的报表、分析、日志和知识库等功能也促使更多的人员加入到生产维护中来，营造全员参与的大环境。
4.现在的tpm设备管理系统仍存在诸如各阶段数据通常呈现孤立、分散、停滞特征、用户在产品使用过程中制造商难以对产品保持实时控制与响应等缺陷。而这些缺陷将导致产品的设计、制造和服务阶段的效率不高，智能化和可持续性水平较低。现有技术在对设备进行分析时，仅仅是根据设备的类型，进行评估，无法针对设备工作时的行为及其环境，进行评估，并生产对应的设备维护报告，且tpm设备管理系统，由于设备的信息复杂，且相互关联，在传输文件是，将存证文件被分割成数据块，在传输过程中可能会出现数据块丢失或数据块损坏的情况，无法沿着信息的完整性，导致tpm设备管理系统提出的提示实用性差。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，解决了现有技术在对设备进行分析时，仅仅是根据设备的类型，进行评估，无法针对设备工作时的行为及其环境，进行评估，并生产对应的设备维护报告，且tpm设备管理系统，由于设备的信息复杂，且相互关联，在传输文件是，将存证文件被分割成数据块，在传输过程中可能会出现数据块丢失或数据块损坏的情况，无法沿着信息的完整性，导致tpm设备管理系统提出的提示实用性差。的问题。
6.本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，包括以下步骤：
7.s1，获取实际设备信息，利用3d建模软件进行建模，得到目标设备的三维结构；
8.s2,根据目标设备的三维结构构建所述目标设备的静态模型，通过仿真建模将动力学属性加入所述静态模型中，以构建所述目标设备的数字孪生模型；
9.s3，将设备数字孪生模型与预置的tpm设备管理系统进行关联，生成虚拟tpm设备管理系统；
10.s4，在虚拟tpm设备管理系统中导入目标设备管理中各阶段的历史数据，以得到基础数据信息；
11.s5，获取工作场景和工作时间信息，利用工作场景和工作时间信息对数字孪生模型进行模拟训练，以得到目标设备的趋势预测结构，并生产对应的模拟维护报告信息；
12.s6，分析模拟维护报告信息的特征，并将特征与历史维护报告信息的特征进行对比，根据特征对应的维护方法，生产对应的流程信息。
13.该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，包括信息输入单元、建模单元、tpm设备管理用处理器、训练单元、数据库、特征分析单元、数据对比模块和显示器，所述信息输入单元的输出端与建模单元的输入端之间电性连接，所述建模单元的输出端与tpm设备管理用处理器的输入端之间电性连接，所述tpm设备管理用处理器的输出端与训练单元的输入端之间电性连接，所述tpm设备管理用处理器的输出端与数据库的输入端之间电性连接，所述训练单元的输出端与特征分析单元的输入端之间电性连接，所述特征分析单元的输出端与数据对比模块的输入端之间电性连接，所述特征分析单元的输出端电性连接有警示器的输入端，所述数据对比模块的输出端与显示器的输入端之间电性连接。
14.优选的，所述tpm设备管理用处理器的输入端电性连接有时间单元的输入端，所述时间单元包括定时模块和闹铃模块，所述时间单元的输出端与训练单元的输入端之间电性连接。
15.优选的，所述数据库的输出端电性连接有通信网关的输入端，所述通讯网关的输出端无线网络连接至云平台。
16.优选的，所述特征分析单元的内部设有多个特征分析模块，所述数据对比模块内部设有信息数据匹配模块和对比模块，所述数据匹配模块与数据库之间电性连接。
17.优选的，所述对比模块内预设有相似度阀值区间，特征分析模块的信息与数据库内的历史信息比对，得出相似度，将相似度代入相似度防阀值区间，若相似度超出相似度阀值区间，则启动警示器。
18.优选的，所述数据库设有存证文件的存储空间的文件阈值和文件处理模块，当存储空间小于文件阈值时，所述文件处理模块用于获取存证文件后，将存证文件分割成若干数据块，通过哈希算法得到与数据块数量相同且一一对应的哈希树子节点，并将全部的数据块和哈希树子节点上传到区块链上后，获取存储存证文件的存储节点信息，并将存储节点信息发送给用户节点；当存证文件等于或大于文件阈值时，所述数据库用于根据存证文件的特征参数生成唯一的文件标识，在将文件标识上传到区块链上后，获取存储存证文件的存储节点信息，并将文件标识发送给节点单元，所述节点单元根据将存储节点信息或文件标识获取存证文件。
19.与现有技术相比，本发明提供了一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，具备以下有益效果：
20.(1)该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，通过建立设备数字孪生模型并通过设备数字孪生模型关联tpm设备管理系统，从而使得整个系统都是数字化，可以设备的整个生命周期进行管理，同时在需要针对不同的场景进行模拟时，不用影响到实际的设备就可以进行模拟，从而方便用户进行模拟，进而对系统的设置进行调整，以满足用户需求。当用户需要验证实际设备修改后的tpm设备管理系统是否可以满足需求时，可以通过修改设备数字孪生模型就可以进行验证，从而方便用户使用，节约了时间。
21.(2)该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，可通过特征分析模块，能够针对不同的工作需求和场景，对目标设备进行模拟分析，为用户的设备使用效果，提供参考信息，在设备相似度超出阀值时，会启动报警器，给与工作人员风险提示，并根据工作
需求中的技术特征，与历史信息比较，根据技术特征的工作需求，生产对应的设备维护报告，设备维护报告信息与工作场景和需求相对应，针对性强，设备维护报告信息实用价值高。
22.(3)该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，将存证文件被分割成数据块，在传输过程中可能会出现数据块丢失或数据块损坏的情况，因此文件处理模块通过哈希算法得到了每个数据块对应的哈希树子节点，文件验证模块在接收数据块后，根据哈希算法和哈希树子节点得到哈希树根节点，从而验证数据块的完整性，达到验证存证文件完整性的目的。
附图说明
23.图1为本发明的方法流程图；
24.图2为本发明的系统框图。
具体实施方式
25.请参阅图1-2，一种基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，包括以下步骤：
26.s1，获取实际设备信息，利用3d建模软件进行建模，得到目标设备的三维结构；
27.上述3d建模软件可以采用solidworks或者autocad。则可以利用solidworks或者autocad对目标设备的外形进行建模，从而得到目标设备的三维结构。三维结构可以反映目标设备的外形特征
28.s2,根据目标设备的三维结构构建所述目标设备的静态模型，通过仿真建模将动力学属性加入所述静态模型中，以构建所述目标设备的数字孪生模型；
29.根据三维结构可以构建目标设备的静态模型，静态模型可以描述目标设备的静态特征。以静态特征为基础，利用v-rep运动学仿真平台为静态模型添加运动学属性，构建动态模型，使得构建的动态模型更加准确。动态模型可以描述目标设备的动态特征。
30.s3，将设备数字孪生模型与预置的tpm设备管理系统进行关联，生成虚拟tpm设备管理系统；
31.上述设备关联规则是指各个设备之间的连接关系，连接关系包括机械
32.连接和电性连接，上述连接点根据不同的设备不同。将各个设备物理模型按照时间的设备关联规则进行连接，从而得到设备数字孪生模型。例如：机床a的物理模型为模型a，电机b的物理模型为模型b，摄像头c的物理模型为模型c，实际机床a分别与电机b和摄像头c连接，则根据该连接关系将模型a和模型c分别与模型b连接。
33.s4，在虚拟tpm设备管理系统中导入目标设备管理中各阶段的历史数据，以得到基础数据信息；
34.s5，获取工作场景和工作时间信息，利用工作场景和工作时间信息对数字孪生模型进行模拟训练，以得到目标设备的趋势预测结构，并生产对应的模拟维护报告信息；
35.具体的，根据各基础数据信息之间的关系确定各基础数据信息之间的推演算法，并确定模型参数。根据各基础数据信息、推演算法和模型参数即可设置动态模型中的参数，从而建立数字孪生初始模型。根据目标设备的动态模型建立的数字孪生初始模型与设备生
命周期的各阶段更为贴合。
36.s6，分析模拟维护报告信息的特征，并将特征与历史维护报告信息的特征进行对比，根据特征对应的维护方法，生产对应的流程信息。
37.该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，包括信息输入单元、建模单元、tpm设备管理用处理器、训练单元、数据库、特征分析单元、数据对比模块和显示器，所述信息输入单元的输出端与建模单元的输入端之间电性连接，所述建模单元的输出端与tpm设备管理用处理器的输入端之间电性连接，所述tpm设备管理用处理器的输出端与训练单元的输入端之间电性连接，所述tpm设备管理用处理器的输出端与数据库的输入端之间电性连接，所述训练单元的输出端与特征分析单元的输入端之间电性连接，所述特征分析单元的输出端与数据对比模块的输入端之间电性连接，所述特征分析单元的输出端电性连接有警示器的输入端，所述数据对比模块的输出端与显示器的输入端之间电性连接。
38.进一步的，所述tpm设备管理用处理器的输入端电性连接有时间单元的输入端，所述时间单元包括定时模块和闹铃模块，所述时间单元的输出端与训练单元的输入端之间电性连接。
39.进一步的，所述数据库的输出端电性连接有通信网关的输入端，所述通讯网关的输出端无线网络连接至云平台。
40.通信网关硬件实现12v直流供电dc/dc转低压、以太网接口、无线通信、扩展接口、恢复出厂设置按键，通过内部高性能mcu嵌入操作系统，编程实现如下功能：
41.(1)在lwip网络协议栈基础上，对http协议扩展，实现文件上传网关功能，可利用http协议远程上传配置文件到网关，实现网关参数配置；
42.(2)网关通过udp协议与云平台链接，定时上报心跳包，保证云平台对网关链接状态检查；
43.(3)网关对rf433无线网络侦测，定时上传处理器内数据文件，实时备份更新至云端，以防止数据丢失
44.进一步的，所述特征分析单元的内部设有多个特征分析模块，所述数据对比模块内部设有信息数据匹配模块和对比模块，所述数据匹配模块与数据库之间电性连接。
45.特征分析单元可对目标设备进行分析，列如，目标设备为机床，其特征为加工的材料材质，加工的方式如切割、钻孔或打磨等，切割的刀具等特征，不同的特征，对比不同的标号，针对不同的特征编号，分类存储特征信息。
46.进一步的，所述对比模块内预设有相似度阀值区间，特征分析模块的信息与数据库内的历史信息比对，得出相似度，将相似度代入相似度防阀值区间，若相似度超出相似度阀值区间，则启动警示器。
47.以目标设备为车床举例，分特征分析模块，可对目标设备不同固定特征进行打分，如加工同样的材质为3分，若预留特征为铁，加工材质为铝则为1分，加工材质为铜则为2分；使用同样的刀具为2份，若预留特征为钻刀，加工刀具为切刀为2分；同样的加工方式为3，若预留特征为钻孔，打磨加工为2分等，以此类推，根据工作的特征和预留特征之间的差异，进行评分，评分综合代入相似度阀值区间，若不在相似度阀值区间内，及时发出警报，可给与工作人员风险提示。
48.进一步的，所述数据库设有存证文件的存储空间的文件阈值和文件处理模块，当
存储空间小于文件阈值时，所述文件处理模块用于获取存证文件后，将存证文件分割成若干数据块，通过哈希算法得到与数据块数量相同且一一对应的哈希树子节点，并将全部的数据块和哈希树子节点上传到区块链上后，获取存储存证文件的存储节点信息，并将存储节点信息发送给用户节点；当存证文件等于或大于文件阈值时，所述数据库用于根据存证文件的特征参数生成唯一的文件标识，在将文件标识上传到区块链上后，获取存储存证文件的存储节点信息，并将文件标识发送给节点单元，所述节点单元根据将存储节点信息或文件标识获取存证文件
49.综上所述，该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，通过建立设备数字孪生模型并通过设备数字孪生模型关联tpm设备管理系统，从而使得整个系统都是数字化，可以设备的整个生命周期进行管理，同时在需要针对不同的场景进行模拟时，不用影响到实际的设备就可以进行模拟，从而方便用户进行模拟，进而对系统的设置进行调整，以满足用户需求。当用户需要验证实际设备修改后的tpm设备管理系统是否可以满足需求时，可以通过修改设备数字孪生模型就可以进行验证，从而方便用户使用，节约了时间。
50.该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，可通过特征分析模块，能够针对不同的工作需求和场景，对目标设备进行模拟分析，为用户的设备使用效果，提供参考信息，在设备相似度超出阀值时，会启动报警器，给与工作人员风险提示，并根据工作需求中的技术特征，与历史信息比较，根据技术特征的工作需求，生产对应的设备维护报告，设备维护报告信息与工作场景和需求相对应，针对性强，设备维护报告信息实用价值高。
51.该基于数字孪生的tpm设备管理虚拟验证方法及系统，将存证文件被分割成数据块，在传输过程中可能会出现数据块丢失或数据块损坏的情况，因此文件处理模块通过哈希算法得到了每个数据块对应的哈希树子节点，文件验证模块在接收数据块后，根据哈希算法和哈希树子节点得到哈希树根节点，从而验证数据块的完整性，达到验证存证文件完整性的目的。