模块化配置的数字孪生构建测试装置

本发明涉及数字化，具体的，涉及模块化配置的数字孪生构建测试装置。

背景技术：

1、模块化配置的数字孪生构建测试装置，作为现代工业与智能制造领域的创新工具，广泛应用于产品设计、生产优化、故障预测及运营维护等多个环节，通过高度集成的模块化设计，能够灵活构建数字孪生模型，实现对物理实体或系统的精准模拟与测试，在产品研发阶段，它助力设计师快速验证设计方案的可行性，降低开发成本，在生产过程中，则通过实时监测与数据分析，优化生产流程，提升生产效率与产品质量，此外，该装置还具备强大的故障预测能力，为设备的预防性维护提供有力支持，确保生产线的稳定运行。

2、现有技术中数字孪生构建与测试装置缺乏直观的图形化操作界面，导致操作者需求输入繁琐且易出错，难以确保数据的准确性和完整性，并且在实体建模过程中需要依赖人工干预，自动化程度低，不仅效率低，还无法准确反映物理实体的复杂属性和行为特征，此外，组件生成与配置灵活性不足，无法满足用户多样化的需求，限制了数字孪生模型的适应性和可定制性，仿真测试环节也无法全面的环境模拟和实时数据分析能力，难以准确评估模型的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明提出模块化配置的数字孪生构建测试装置，解决了相关技术模型灵活性不足和仿真测试全面性差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、包括需求接收解析模块、实体建模定义模块、组件生成配置模块、系统库集成调用模块、数字模型构建模块、仿真测试模块、数据收集分析模块、模型优化迭代模块以及操作者交互反馈模块，所述需求接收解析模块的输出端与所述实体建模定义模块的输入端电性连接，所述实体建模定义模块的输出端分别与所述组件生成配置模块、系统库集成调用模块的输入端电性连接；

4、所述组件生成配置模块与所述系统库集成调用模块电性连接，所述组件生成配置模块与所述系统库集成调用模块的输出端均与所述数字模型构建模块的输入端电性连接，所述数字模型构建模块的输出端分别与所述仿真测试模块和所述数据收集分析模块的输入端电性连接，所述仿真测试模块与所述数据收集分析模块电性连接，所述数据收集分析模块与所述数字模型构建模块的输出端均与所述模型优化迭代模块的输入端电性连接，所述模型优化迭代模块的输出端与所述操作者交互反馈模块的输入端电性连接。

5、优选的，所述需求接收解析模块用于负责接收操作者物理实体信息、功能的需求，通过解析算法将需求转化为标准化的数据格式，为后续模块提供输入，所述实体建模定义模块用于根据需求接收与解析模块的输出，自动构建物理实体的数字模型，并定义实体所包含几何尺寸、物理特性的属性信息，所述组件生成配置模块用于针对实体模型的属性信息，自动生成包含属性数据的组件，操作者根据业务需求对组件进行配置和组合，所述系统库集成调用模块用于根据数据处理系统、仿真系统以及测试系统预先构建系统库，然后根据业务需求自动从系统库中调用相应的系统对组件和实体模型进行处理。

6、优选的，所述数字模型构建模块用于通过实体、组件以及调用的系统，生成完整的数字孪生模型，并支持模型的可视化展示和交互操作，所述仿真测试模块用于对构建的数字孪生模型进行仿真测试，模拟实际运行场景，验证模型的准确性和可靠性，所述数据收集分析模块用于在仿真测试过程中收集模型运行数据，并进行实时分析和处理，为模型优化提供数据支持。

7、优选的，所述模型优化迭代模块用于根据数据收集与分析模块的输出结果，并引入机器学习算法，自动学习模型运行规律对数字孪生模型进行优化和迭代，提升模型的性能和准确性，所述操作者交互反馈模块用于提供操作者交互界面，操作者通过交互界面查看模型构建过程、仿真测试结果以及优化迭代记录，同时接收操作者反馈，用于改进系统功能和性能。

8、优选的，所述系统库集成调用模块包括系统库接口管理模块、组件匹配与调度模块以及集成测试与验证模块，所述系统库接口管理模块、组件匹配与调度模块以及集成测试与验证模块依次电性连接。

9、优选的，所述系统库接口管理模块用于负责管理系统库的接口，包括接口的注册、查询、更新以及删除操作，所述组件匹配与调度模块用于根据配置好的组件集合，从系统库中匹配相应的组件，并调度它们进行集成，所述集成测试与验证模块用于对集成后的组件集合进行测试和验证，确保能够正确协作并满足需求。

10、优选的，所述数字模型构建模块包括物理模型映射模块、行为模型构建模块以及可视化渲染模块，所述物理模型映射模块、行为模型构建模块以及可视化渲染模块依次电性连接。

11、优选的，所述物理模型映射模块用于将实体模型和属性定义映射到数字孪生模型中的物理层，构建物理模型，所述行为模型构建模块基于物理模型，构建数字孪生模型中的行为层，模拟实体的动态行为和交互，所述可视化渲染模块用于将物理模型和行为模型的数据进行可视化渲染，生成可交互的数字孪生模型视图。

12、本发明的工作原理及有益效果为：

13、1、本发明中通过系统库集成调用模块的设置，操作者通过直观的图形界面输入物理实体信息，系统自动化建模并生成组件，进而构建完整的数字孪生模型，仿真测试模块模拟实际运行场景评估模型，数据收集分析后，模型优化迭代模块利用机器学习算法优化模型性能，在这个过程中，操作者可以查看模型构建与测试结果，并根据反馈调整优化，最终，实现了高效、准确的数字孪生模型构建与测试，增强了模型贴近实际物理系统的能力。

14、2、本发明中通过系统库集成调用模块的设置，集成调用模块高效管理数据处理、仿真及测试系统库接口，以库文件、服务接口及api形式为数字孪生构建座基础，根据需求，模块调用系统库资源，提升系统灵活性与响应速度，组件匹配与调度模块则负责匹配并调度符合需求的组件，确保组件间兼容协作，随后，集成测试与验证模块测试验证组件集成效果，确保各组件协同实现预期功能，及时发现并修复潜在问题，保障数字孪生模型的精确性与可靠性，实现了优化构建过程，确保了模型的高质量完成的效果。

15、3、本发明中通过系统库集成调用模块的设置，物理模型映射模块映射物理实体细节生成高精度数字模型，随后，行为模型构建模块通过仿真与动态建模，构建出反映物理实体动态特性的行为模型，可视化渲染模块通过图形技术，将模型三维形态与交互效果呈现，三模块相互协作，物理模型为基础，行为模型添动作，可视化渲染实现实体外观，形成闭环迭代，用户交互反馈模块收集意见，指导模型优化，确保数字孪生模型精准反映物理系统，为操作者提供仿真测试与决策支持。

技术特征：

1.模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，包括需求接收解析模块(1)、实体建模定义模块(2)、组件生成配置模块(3)、系统库集成调用模块(4)、数字模型构建模块(5)、仿真测试模块(6)、数据收集分析模块(7)、模型优化迭代模块(8)以及操作者交互反馈模块(9)，所述需求接收解析模块(1)的输出端与所述实体建模定义模块(2)的输入端电性连接，所述实体建模定义模块(2)的输出端分别与所述组件生成配置模块(3)、系统库集成调用模块(4)的输入端电性连接；

2.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述需求接收解析模块(1)用于负责接收操作者物理实体信息、功能的需求，通过解析算法将需求转化为标准化的数据格式，为后续模块提供输入，所述实体建模定义模块(2)用于根据需求接收与解析模块的输出，自动构建物理实体的数字模型，并定义实体所包含几何尺寸、物理特性的属性信息，所述组件生成配置模块(3)用于针对实体模型的属性信息，自动生成包含属性数据的组件，操作者根据业务需求对组件进行配置和组合，所述系统库集成调用模块(4)用于根据数据处理系统、仿真系统以及测试系统预先构建系统库，然后根据业务需求自动从系统库中调用相应的系统对组件和实体模型进行处理。

3.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述数字模型构建模块(5)用于通过实体、组件以及调用的系统，生成完整的数字孪生模型，并支持模型的可视化展示和交互操作，所述仿真测试模块(6)用于对构建的数字孪生模型进行仿真测试，模拟实际运行场景，验证模型的准确性和可靠性，所述数据收集分析模块(7)用于在仿真测试过程中收集模型运行数据，并进行实时分析和处理，为模型优化提供数据支持。

4.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述模型优化迭代模块(8)用于根据数据收集与分析模块的输出结果，并引入机器学习算法，自动学习模型运行规律对数字孪生模型进行优化和迭代，提升模型的性能和准确性，所述操作者交互反馈模块(9)用于提供操作者交互界面，操作者通过交互界面查看模型构建过程、仿真测试结果以及优化迭代记录，同时接收操作者反馈，用于改进系统功能和性能。

5.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述系统库集成调用模块(4)包括系统库接口管理模块(41)、组件匹配与调度模块(42)以及集成测试与验证模块(43)，所述系统库接口管理模块(41)、组件匹配与调度模块(42)以及集成测试与验证模块(43)依次电性连接。

6.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述系统库接口管理模块(41)用于负责管理系统库的接口，包括接口的注册、查询、更新以及删除操作，所述组件匹配与调度模块(42)用于根据配置好的组件集合，从系统库中匹配相应的组件，并调度它们进行集成，所述集成测试与验证模块(43)用于对集成后的组件集合进行测试和验证，确保能够正确协作并满足需求。

7.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述数字模型构建模块(5)包括物理模型映射模块(51)、行为模型构建模块(52)以及可视化渲染模块(53)，所述物理模型映射模块(51)、行为模型构建模块(52)以及可视化渲染模块(53)依次电性连接。

8.根据权利要求1所述的模块化配置的数字孪生构建测试装置，其特征在于，所述物理模型映射模块(51)用于将实体模型和属性定义映射到数字孪生模型中的物理层，构建物理模型，所述行为模型构建模块(52)基于物理模型，构建数字孪生模型中的行为层，模拟实体的动态行为和交互，所述可视化渲染模块(53)用于将物理模型和行为模型的数据进行可视化渲染，生成可交互的数字孪生模型视图。

技术总结
本发明涉及数字化技术领域，提出了模块化配置的数字孪生构建测试装置，包括需求接收解析模块、实体建模定义模块、组件生成配置模块、系统库集成调用模块、数字模型构建模块、仿真测试模块、数据收集分析模块、系统自动化建模并生成组件，进而构建完整的数字孪生模型，仿真测试模块模拟实际运行场景评估模型，数据收集分析后，模型优化迭代模块利用机器学习算法优化模型性能，在这个过程中，操作者可以查看模型构建与测试结果，并根据反馈调整优化，最终，实现了高效、准确的数字孪生模型构建与测试，增强了模型贴近实际物理系统的能力，通过上述技术方案，解决了现有技术中灵活性不足和仿真测试全面性差的问题。

技术研发人员：刘雨杜,汤勃,甘泉,袁俊杰
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2