基于数字孪生五维模型3D打印机建模方法及模型系统

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	基于数字孪生五维模型3D打印机建模方法及模型系统
	王亚洲
	2023-08-01
专利权人	兰州理工大学
公开日期	2023-08-01
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	本发明公开了一种基于数字孪生五维模型3D打印机建模方法及模型系统，建立物理模型，对物理模型的几何、物理、环境、行为要素进行虚拟化高度真实映射建立3D打印机数字孪生虚拟模型；采用Browser/Server模式，后端用PHP和Mysql，按照MVC规范建立服务系统；提取包含3D打印机物理实体数据、3D打印机数字孪生虚拟模型数据、服务数据及知识数据的孪生数据：建立孪生数据信息链。模型系统包括孪生数据信息链，实现物理模型、3D打印机数字孪生虚拟模型、服务系统及孪生数字间的实时信息交互。该建模方法可在线实时地进行多视角可视化工况、状态监控，完成实时自然交互。
申请日期	2020-01-20
优先权日	2020-01-20
预估到期日	2040-01-20
语种	中文
专利状态	授权
申请号	CN202010062132.2
公开（公告）号	CN111159793B
IPC 分类号	G06F30/10 ; B33Y50/00 ; G06F113/10
专利代理人	崔自京
代理机构	北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
CPC分类号	B33Y50/00
权利要求	1.一种基于数字孪生五维模型的3D打印机建模方法，其特征在于，该建模方法具体按以下步骤进行： 1）建立包括3D 打印机机体、传感器和控制系统的物理模型，传感器安装在3D 打印机机体上，传感器将打印头的速度信号、位置信号、温度信号以及3D 打印机的工作环境信号传输给控制系统；控制系统采集3D 打印机机体的操作面板的数据及传感器的数据，并将采集到的数据用信号的方式进行传输，同时控制3D 打印机； 2）基于虚拟现实及增强现实技术对物理模型的几何、物理、环境、行为要素进行虚拟化高度真实映射建立3D 打印机数字孪生虚拟模型；所述的3D打印机数字孪生虚拟模型包括数字孪生描述模型和数字孪生智能化模型；所述的数字孪生描述模型包括机理描述模型和数据驱动描述模型；机理描述模型根据控制学、流体力学、电学、机械学及材料学建立；数据驱动描述模型由三维可视化引擎在孪生数据信息链的驱动，接收实时数据；数字孪生描述模型和数字孪生智能化模型相互结合以在线实时渲染生成与物理3D 打印机一致的虚拟3D 打印机，具有多视角可视化展示，能实时自然交互显示状态及工况； 3）采用Browser/Server 模式，后端用PHP 和Mysql，按照MVC 规范建立服务系统；用于用户登录、权限判定、信息管理、历史数据查阅及数据分析；用户通过账号和密码在PC 端或移动客户端登录服务系统，进行任务下单、数据下载和状态监控；服务系统完成故障管控、寿命预测；用户现场或远程随时登录，控制3D 打印机，查看生产方案，优化系统配置； 4）提取包含3D 打印机的物理实体数据、3D 打印机数字孪生虚拟模型数据、服务数据、知识数据及衍生数据的孪生数据；3D 打印机物理实体数据包括3D 打印机的规格、性能及运行的相关数据；3D 打印机数字孪生虚拟模型数据包括3D 打印机数字孪生虚拟模型的尺寸、装配、位置及材料数据；其中的服务数据包括算法、数据处理方法及相关管理数据；知识数据包括3D 打印机数字孪生虚拟模型中的专家知识及模型库数据；衍生数据是对上述数据进行数据转换、预处理、分类、关联、集成、融合处理后得到的衍生数据； 5）建立动态实时连接孪生数据信息链或动态实时孪生数据信息链，通过孪生数据信息链实现物理模型、3D 打印机数字孪生虚拟模型、服务及孪生数字间的实时信息交互。 2.如权利要求1 所述的基于数字孪生五维模型的3D 打印机建模方法，其特征在于，所述的数字孪生智能化模型由运行状态数据库、知识库和推理机组成，通过对传感器采集到的实时数据和原有历史数据分析与决策，实现软体机器人或驱动器的工况预测与智能化服务。 3.如权利要求1或2所述的基于数字孪生五维模型的3D打印机建模方法，其特征在于，所述的3D打印机数字孪生虚拟模型完成对3D打印机工作过程的仿真、优化、评估及实时智能监控与调控。 4.如权利要求1所述的基于数字孪生五维模型的3D打印机建模方法，其特征在于，所述3D打印机的物理实体数据包括3D打印机的规格、性能及运行相关数据；3D打印机数字孪生虚拟模型数据包括3D打印机数字孪生虚拟模型的尺寸、装配、位置及材料数据；服务数据包括算法、数据处理方法及相关管理数据；知识数据包括3D打印机数字孪生虚拟模型中的专家知识及模型库数据。 5.如权利要求1所述的基于数字孪生五维模型的3D打印机建模方法，其特征在于，通过孪生数据信息链连接物理模型与3D打印机数字孪生虚拟模型，通过孪生数据信息链连接孪生数据、物理模型和虚拟模型，通过孪生数据信息链连接服务系统、孪生数据、物理模型和虚拟模型。 6.一种权利要求1所述建模方法建立的模型系统，其特征在于，包括服务系统，服务系统通过孪生数据信息链分别与孪生数据、物理模型和3D打印机数字孪生虚拟模型相连接，孪生数据通过孪生数据信息链分别与物理模型和3D打印机数字孪生虚拟模型相连接，物理模型通过孪生数据信息链与3D打印机数字孪生虚拟模型相连接。 7.如权利要求6所述的模型系统，其特征在于，所述的物理模型包括3D打印机机体、传感器和控制系统，传感器安装在3D打印机机体上，传感器将打印头的速度、位置和温度信号以及3D打印机的工作环境信号传输给控制系统；控制系统采集3D打印机机体的操作面板的数据及传感器的数据，并将采集到的数据用信号的方式进行传输，同时控制3D打印机工作。
引用专利	CN105005994A;CN107221026A;CN109613895A;CN109878073A;JP2017094625A;KR101989982B1;KR1020170014531A;US20150321427A1;US20180305266A1
被引用专利数量	0
简单法律状态	有效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/107690
专题	机电工程学院
推荐引用方式 GB/T 7714	王亚洲. 基于数字孪生五维模型3D打印机建模方法及模型系统[P]. 2023-08-01.