1.一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:该方法为:
步骤一:采集足底压力采集鞋垫的实时运行数据;通过设备中的传感器,采集包括电压、电流、压力值和频率数据;
步骤二:构建足底压力采集鞋垫的孪生映射模块;在Unity3D平台上导入fbx文件格式,构建设备的三维可视化模型,进一步开发数据映射、数字化表达模块、虚拟实体编辑模块、统一控制接口、可编程测试、日志模块、扩展接口和人工智能算法模块;
步骤三:构建服务模块,根据数据映射模块所提供的接口实现相应的服务,具体包括:
统一接口控制服务、可编程测试服务、日志服务、数据访问服务、数据持久化服务、设备健康管理服务;
步骤四:通过传输模块建立各模块之间的连接,将实时采集的数据存入孪生数据模块,实时更新孪生模型的状态参数;
步骤五:通过调用设备健康管理服务,根据当前设备状态参数预测设备使用寿命情况;
所述足底压力采集鞋垫的数字孪生模型包括物理实体模块PE、传输模块CP、孪生映射模块VE、服务模块Ss、孪生数据模块Dd;数学描述表达式为:Model={PE,VE,CP,Ss,DD} (1)
物理实体模块是孪生模型的组成基础,其中包括足底压力鞋垫、传感器采集设备、标准化数据通信与转换装置;
传输模块表示数据以何种方式交付给孪生映射模块,在传输模块与孪生映射模块之间有一个数据采集器作为多源异构数据中转;数据采集器对设备的数据进行采集与处理,在数据传输的传输层使用I2C、SPI、UART、TCP协议进行多源异构数据的采集与处理,然后使用TCP或UDP或HTTP\HTTPS将数据交付到孪生映射模块;采用MQTT协议、蓝牙协议进行多源异构数据的采集,然后使用TCP协议将数据交付到孪生映射模块。
2.根据权利要求1所述的一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:所述孪生映射模块还包含根据以往经验、数据对设备进行的预测后未来的运行状态;该模块使用数据采集器所采集封装后的多源异构数据,把与孪生映射模块功能相关的数据进行处理使用;若与该模块不相关的数据则直接流向服务模块,该模块将数据传递给服务模块,还将处理后的相关数据信息传递给数据采集器或直接传递给物理实体模块,实现数据的双向映射;孪生映射模块向服务模块提供基本的数据与功能支持,用于通过该框架实现数字孪生系统模型;孪生映射模块包括数据映射、数字化表达模块、虚拟实体编辑模块、统一控制接口、可编程测试、日志模块、扩展接口和人工智能算法。
3.根据权利要求2所述的一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:所述数字化表达模块包括对物理实体的三维仿真与数据可视化能力;自定义加载、显示、修改不同的三维模型在Unity3D平台上进行实现;该平台能实现对模型的导入和加载,在模型的导入之前,对所导入的文件格式和文件的完整性进行判断;在程序运行时,对模型的加载需要对多种格式三维文件进行文件校验并解析,解析的文件类型包括FBX,OBJ,GLTF2,STL,PLY,3MF,ZIP;通过对不同模型文件进行解析,得到顶点组和法向量组之后,进行渲染3D模型,渲染完成后获得虚拟实体对象。
4.根据权利要求3所述的一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:所述数据映射模块就是介于传输模块与快速重构模块之间的数据采集器进行完成,通过对多源异构数据进行集成封装,传递给快速重构层,同时也能反向传播快速重构层所传输的物理实体控制指令。
5.根据权利要求4所述的一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:所述服务模块是根据数据映射模块所提供的接口实现相应的服务;虚拟实体编辑服务让用户能够使用鼠标键盘进行虚拟实体组装的快速重构;统一接口控制服务让用户能够使用指令控制虚拟实体,向外提供驱动虚拟实体的能力;日志服务用于记录该框架在程序运行时所产生的运行数据以及异常信息;数据分析统计用户需要的生产数据并显示出来;消息队列用于接收用户指令,而三维实体的控制系统通过消息队列的形式进行解析并执行,以达到并发控制的需求;数据访问服务用于对数字孪生系统使用过程中所产生的数据进行查阅与导出;日志管理用于收集开发和使用系统的异常信息;数据持久化服务用于用户编辑后的虚拟实体和其他配置信息存储与加载,恢复上次退出或上次保存的状态;设备健康管理服务将采集的物理实体数据和孪生映射模块数据通过接口传输给神经网络模型,并进行训练;通过神经网络模型对设备的健康状态进行监测。
6.根据权利要求5所述的一种足底压力采集鞋垫的数字孪生模型构建方法,其特征在于:所述孪生数据模块是孪生模型的核心驱动力,指孪生模型构建与运行过程中的所有数据,以及由诊断服务进行数据分析后的衍生数据;采用MySQL关系型数据库来存储由物理实体模块采集到的数据以及孪生数据模块产生的孪生数据;
孪生数据包括物理实体模块PE数据、孪生数据模块VE数据、服务模块Ss数据、知识数据以及融合衍生数据;其数学表达式为:DD={Dp,Dv,Ds,Dk,Df} (2)
Dp表示物理实体模块的规格、功能、性能物理属性以及反映物理实体的运行情况、环境参数以及突发扰动动态数据,该类数据通过传感器、嵌入系统和计量器设备收集;
Dv表示虚拟实体VE相关数据,包括物理实体所对应的规格、载荷和特征对应的几何模型相关数据以及约束、规则和关联相关的行为规则模型数据;
Ds表示系统工作时需要的算法、行为约束和数据处理方法相关数据以及在运行过程中需要存储在数据库便于后面分析训练的数据;
Dk包括专家知识、行业标准、规则约束、推理方法论以及常用算法库与模型库相关的数据;
Df表示对Dp,Dv,Ds,Dk进行预处理、连接、转换、分类、关联、集成以及融合各种手段处理后得到的衍生数据。