一种基于数字孪生技术在动力传输系统仿真与优化的方法与流程

本发明属于3d数字孪生，具体涉及一种基于数字孪生技术在动力传输系统仿真与优化的方法。

背景技术：

1、数字孪生过程中涉及多种技术，如建模、渲染、仿真是数字孪生的关键技术，分别负责构建模型，让模型更贴近现实，让模型适用现实世界物理法则；除此，数字孪生体需要和物理实体保持全生命周期状态的同步更新，要求数据实时同步，因此大数据、云计算以及网络成为必不可少的底层技术支持，保证数据流通、实时交互。

2、建模：是构建数字孪生体的核心技术，也是数字孪生体进行上层操作的基础；建模包括对物理实体的几何结构和外形进行三维建模；还包括对物理实体本身的运行机理、内外部接口、软件与控制算法等信息进行全数字化建模；

3、渲染：是将模型生成图像的重要技术，能将三维模型处理得更加贴近现实生活，呈现出与实物类似的质感；从部署模式看，分成高分辨率的本地渲染与便捷性、实时互动性的云渲染两种模式，目前以本地渲染为主，未来两种方式将相互结合，以满足不同用户需求；

4、仿真：是对物理世界的动态预测，基于ai智能计算模型、算法，结合可视化技术，实现智能化的信息分析与辅助决策，实现对物理实体运行指标的监测与可视化，达成模型算法的自动运行及对物理实体未来发展的在线预演，从而优化物理实体运行；

5、大数据与人工智能：数据是数字孪生的实现底座，数字孪生过程中前端传感器收集的数据量极大，且大部分具有实时传输的要求，对大数据处理算法提出更高要求，需要与深度学习等人工智能技术相结合；

6、云计算与边缘计算：云计算是数字孪生实现的重要基础设施，建模、渲染、仿真所带来的庞大数据的处理需要采取云端结合的方式，才能更好地在保证算力的情况下提升处理速度；

7、网络：直接影响数据传输的即时性，进而影响整个数字孪生过程；

8、综上，数字孪生作为一种新兴通用性技术，正加速向工业制造、交通运输、水利流域、能源生产、城市治理等各行业深入渗透，已成为数字化转型进程中不可或缺的新技术引擎，其关键技术已被业界公认为是未来极具战略性、颠覆性、先导性的技术；随着应用场景的不断拓宽，数字孪生正在众多行业内以不同的应用方式重塑其业务面貌，但核心技术与核心业务的结合仍有不足，由此导致落地实用性欠佳、建设价值难以有效发挥；诸如交通、应急、水利、管线等热点行业的业务具有高度复杂性、专业性和隐蔽性，在落地应用过程中，掌握核心技术的实施方既要用好技术，要跳出技术，需要深入到核心业务单元，下沉到用户办公现场，精准获取用户核心需求，用心聆听用户在使用过程中对场景功能、产品性能的反馈建议，对用户需求进行归一化管理，进而实现对场景解构后再重构；同时，数字孪生城市技术体系复杂，软件开发的难度也较高，对于行业用户来说，他们对特定领域的流程和业务了解更多，但对技术和开发知之甚少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术在动力传输系统仿真与优化的方法，使动力传输系统的监控更为直观、操作更为便捷、维护更为高效、预测更为可靠，总体达到降本提效的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生技术在动力传输系统仿真与优化的方法，包括如下步骤：

3、一、项目准备：在项目启动之前，需要确认应用系统的概念和目标，制定开发计划，确定开发团队的人员构成，还需要进行市场调研，了解目标受众的基本情况，为应用的设计和开发提供参考；

4、二、产品需求评审：产品组依据应用系统已有的相关资料进行分析并提取关键信息，整理输出需求文档；依据需求文档对产品细化，输出交互原型文档；组织美术和开发进行项目需求评审会通过会议确定具体开发周期和项目人员工作分配，项目负责人将产品需求按功能录入禅道，指派给各个功能模块负责人，再由各个负责人按职能分配给具体负责人；

5、三、美术制作：在这个阶段，美术人员将根据产品应用设计的要求来制作美术资源，unity支持导入美术资源，把美术分为两部分进行设计制作；

6、四、应用系统设计：

7、场景搭建：场景模型文件导入unity后,查看纹理是否完整，有问题的需要与建模师沟通，根据需要对场景模型文件进行修改，将修改好的场景模型文件保存为预制体；

8、界面搭建：参考ui提供的效果图，利用美术提供的切图对整个系统的2d界面进行搭建，还原度不低于95％，将搭建好的每个界面面板保存预制体；

9、特效制作：通过粒子特效和shader进行制作特效，添加到场景中，使得场景在视觉上显得多态丰富，将制作好的特效文件单独保存为预制体；

10、动画制作：通过美术提供的资源内容，增加应用运行导入过渡动画；

11、五、编程交互实现：在unity中，可使用c#、lua、js编程语言来编写应用逻辑和功能，开发者可使用unity提供api来实现应用中各种功能，unity支持插件的使用，开发者可以根据需要选择适合的插件来扩展应用的功能；可拆分为场景模块、ui模块、网络接口模块；

12、六、测试和优化：在这个阶段，测试人员将对应用进行全面的功能测试和性能测试，将相关问题提交到禅道并指派给具体的负责人，由负责人修改完成后验证回收并关闭问题单，以确保应用的稳定性和流畅性；同时，开发者需要对应用性能进行优化，以提高应用的运行帧率和加载速度；

13、七：部署与上线：发布webgl平台的应用包，将build好的包修改部分参数发送给web前端开发人员，并由web前端集成嵌入到已有的web页面中，集成完毕后将整体的应用包发送给项目负责人，由项目负责人进行沟通部署上线。

14、作为本发明的一种优选的技术方案，所述美术制作中，美术人员将根据产品应用设计的要求来制作美术资源，包括ui、模型、纹理、特效；unity支持导入美术资源包括图片、3d模型、纹理、动画；美术制作中把美术分为两部分进行设计制作，分别为ux设计、3d建模。

15、作为本发明的一种优选的技术方案，所述ux设计具体实现如下：

16、ui美术设计师根据产品交互原型对整个应用系统的交互界面进行设计，设计完成后通知项目负责人组织ui评审会，在会上项目组相关人员可对ui提出修改意见，最后总结归纳修改方案，ui设计师根据修改文档完善优化后，按定好的分辨率和格式进行切图，切图上传蓝湖并同步给开发人员，开发人员将切图下载导入unity内部，并修改导入设置，根据美术提供的效果图和切图在unity端对相关ui界面进行搭建还原。

17、作为本发明的一种优选的技术方案，所述3d建模具体实现如下：

18、3d建模师通过现场采集的数据与已有资料对三维模型和应用场景建模，与unity端确定渲染管线，通过3d建模引擎对整个物流园区进行1:1比例建模渲染，通知相关人员进行评审，将优化后的模型导出，fbx格式场景模型和建筑模型文件，并附带贴图、材质、动画导出，将导出的.fbx文件导入unity按需求修改设置导入格式，unity开发人员使用编辑器工具对美术资源进行调整和优化。

19、作为本发明的一种优选的技术方案，所述动画制作中，通过美术提供的资源内容，增加应用运行导入过渡动画，对于ui通过2d动画进行管理，采用dotween插件的方式设计2d界面的相关动画效果；对虚拟相机切换采用插值运动的方式缓慢切换。

20、作为本发明的一种优选的技术方案，所述场景模块包括如下内容：

21、新增空场景，设计添加关键元素，在模型上添加必要的碰撞检测事件，通过鼠标操作可对元部件模型进行基础交互操作，场景搭建完，调节渲染队列参数，处理渲染动态合批。

22、作为本发明的一种优选的技术方案，所述ui模块包括如下内容：

23、通过事件监听，在各个模块隐藏显示需要的弹框面板信息，ui面板需要的数据从相关接口请求获取，建立ui间相互通信机制。

24、作为本发明的一种优选的技术方案，所述网络接口模块包括如下内容：

25、按照提供的后台接口文档对接相关接口，所有的数据来源于后端接口，在对接中可采用postman接口工具进行测试查看接口是否返回正常，然后在到项目中进行编写请求get、post接口，并注册好请求超时的响应事件，获取到的数据下发呈现到相关2d界面中展现，将unity需要的数据通过接口传递给unity。

26、作为本发明的一种优选的技术方案，所述编程交互实现中还包括web前端开发，web前端开发包括如下内容：

27、web前端开发人员采用vue框架对整个系统进行开发，开发人员参考ui效果编写css还原各个界面样式，按照美术人员输出的效果进行设计，在整体界面排版时，需要为unity内容呈现预留位置，将unity build的web包集成到前端系统中，调用唤醒unity的接口，通过debug工具查看相关日志。

28、作为本发明的一种优选的技术方案，所述编程交互实现中还包括web与unity交互，web与unity交互包括如下内容：

29、对照需求文档编写交互逻辑和定义接口，分为unity内部交互和unity与web端交互；unity和web交互包括：部件内容、场景切换，需要使用js封装定义相关接口，输出为.jslib文件导入unity放入plugins文件夹目录下，在写个公共类去封装c#调用js接口以及js回调c#接口，参数定义格式为json字符串。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、实时仿真与故障预警：数字孪生模型可以基于实时传感器数据，对动力传输系统进行高精度的实时仿真，提前发现潜在故障或异常情况，从而实现预测性维护，减少因设备故障导致的非计划停机时间；

32、优化设计与性能提升：在产品开发阶段，通过建立动力系统的数字孪生体，可以在虚拟环境中进行各种工况下的模拟测试，优化设计参数，提高传动效率、降低能耗和噪音水平；

33、运维决策支持：利用数字孪生模型能够根据实际运行数据动态调整控制策略，优化系统运行状态，指导运维人员制定科学合理的维修计划和资源调度；

34、降本增效：减少实物实验成本和周期，加快新产品的研发速度；同时，通过预防性的维护减少了突发故障造成的损失，提升整体运营效率；

35、全生命周期管理：从设计、生产、安装调试到运行维护，数字孪生可以覆盖动力传输系统的整个生命周期，实现端到端的数据追踪、分析与优化；

36、可视化与协同工作：数字孪生提供直观的3d可视化界面，便于工程师和技术人员更深入地理解系统行为及各组件间交互关系，促进跨部门协作和知识分享；

37、远程监控与诊断：动力传输系统可能部署在难以直接访问的位置，如风力发电机、海底输电电缆等，数字孪生技术可以实现实时远程监控和远程故障诊断，极大提升了管理水平。