基于数字孪生的光电装备健康管理系统的制作方法

本发明涉及设备维修保障领域，尤其涉及一种基于数字孪生的光电装备健康管理系统。

背景技术：

1、现有光电设备健康管理还处于初级阶段，仅能收集一些关键部件的状态，并根据状态粗略判别是否存在故障。例如，电路板电压或电流是否异常，机箱温度是否过高，探测器是否无法制冷等。现阶段光电设备健康管理技术还无法支撑高效率维修保障，要么直到设备无法工作才展开维护，延误任务进度；要么在设备状态较为健康的情况下，开展部件替换，造成资源浪费。急需开展基于数字孪生的光电设备健康管理技术研究，提升针对光电设备的维修保障能力。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种基于数字孪生的光电装备健康管理系统可以通过数字技术建立处于实际使用过程的光电设备的并行数字化样机，实时预测光电设备的健康状态，开展维修策略设计，最大程度优化维修时机和任务，节省保障成本，提高保障效率。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种基于数字孪生的光电装备健康管理系统，包括光电设备健康管理系统、便携式诊断工具ate和内场健康管理训练平台；其中：

4、光电设备健康管理系统包含实时状态监测模块、故障诊断模块、故障预测模块、健康管理模块、任务决策模块、保障决策模块，具体通过实时状态监测模块采集光电设备各关键组件、子系统的多物理参量并传输到故障诊断模块、故障预测模块、健康管理模块；故障诊断模块和故障预测模块根据实时状态监测数据，利用故障预测算法进行故障诊断和预测，健康管理模块根据故障诊断和预测的情况确定健康状态，任务决策模块和保障决策模块再根据故障情况和健康状态判断维修策略和维修时机；

5、便携式诊断工具ate，用于进行深度故障诊断、在线维修、数据收集、专家算法模型更新和参数更新；

6、内场健康管理训练平台，用于支撑故障预测和诊断、健康管理、任务决策和保障决策的智能算法模型及参数的优化迭代，其通过与从外场带回的便携式诊断工具ate连接，导入外场光电设备的状态数据以及健康管理过程数据，完成内场模型训练。

7、接上述技术方案，光电设备健康管理系统还包括人机交互模块和数据存储模块，数据存储模块负责存储数据；人机交互模块用于以人机交互的形式为设备使用人员提供服务，人机交互包括状态显示、故障显示、bit显示、健康状态、预测状态、资源监控、决策跟踪。

8、接上述技术方案，内场健康管理训练平台还用于对光电设备数字孪生系统中健康管理相关参数进行更新，保持与外场设备状态同步，达到实验室内健康管理功能。

9、接上述技术方案，其预先基于数字孪生技术生成仿真的光电设备系统。

10、接上述技术方案，具体基于modelica技术建立光电设备系统仿真模型库。

11、接上述技术方案，该光电装备健康管理系统采用基于j2ee多层架构体系的五层结构，自下而上分别是：持久化层、数据访问层、业务应用层、web接口层和人机交互层。

12、接上述技术方案，该光电装备健康管理系统还包括外部数据接口和公共服务架构。

13、接上述技术方案，其中：

14、持久化层，用于保存系统的相关数据，根据系统使用的情况与场景，选择相应数据库；

15、数据访问层，用于完成系统所需数据的基本操作；

16、业务应用层，用于根据相关业务逻辑功能，对功能模块进行划分，实现相关业务功能。

17、web接口层，提供外部系统通过http协议方法系统的相关接口，web接口层对访问操作的相关数据进行简单的校验。在完成相关校验同时则将请求传入业务应用层完成相关业务处理。最后，该接口按照一定的形式返回相关数据结果，常见的形式包括json格式数据，xml类型数据等。

18、人机交互层，包括用户请求的相关页面，展现系统的业务模块。处理用户处理的相关请求等。

19、接上述技术方案，其中：

20、公共服务架构用于提供包括状态维修开放体系架构osa-cbm的标准框架、供电系统仿真模型算法配置管理框架、以及基于spring security的用户权限管理框架；

21、外部数据接口用于支持不同类型数据的交换。

22、接上述技术方案，业务应用层还用于进行数据传输，使用的基本业务领域对象继承自osa-cbm标准定义的相关接口，保证数据系统之间可交换，并通过相应算法运行引擎，解析相关配置文件，动态加载相关业务模块算法，自动配置完成相关仿真。

23、本发明产生的有益效果是：本发明构建的基于数字孪生的光电设备健康管理系统可在运行过程中，将状态监测数据、预测结果、实际故障模式等数据存储起来，通过便携式诊断工具ate将外场数据带回，利用内场离线训练平台对健康管理模型进行持续优化。再通过便携式诊断工具ate将优化后的模型对外场光电装备故障预测和健康管理模型进行更新。通过该数字孪生系统，准确预测外场光电设备的健康状态，准确生成维修时机和维修策略。本发明有效解决了光电设备健康管理的难题。

技术特征：

1.一种基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，包括光电设备健康管理系统、便携式诊断工具ate和内场健康管理训练平台；其中：

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，光电设备健康管理系统还包括人机交互模块和数据存储模块，数据存储模块负责存储数据；人机交互模块用于以人机交互的形式为设备使用人员提供服务，人机交互包括状态显示、故障显示、bit显示、健康状态、预测状态、资源监控、决策跟踪。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，内场健康管理训练平台还用于对光电设备数字孪生系统中健康管理相关参数进行更新，保持与外场设备状态同步，达到实验室内健康管理功能。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，其预先基于数字孪生技术生成仿真的光电设备系统。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，具体基于modelica技术建立光电设备系统仿真模型库。

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，该光电装备健康管理系统采用基于j2ee多层架构体系的五层结构，自下而上分别是：持久化层、数据访问层、业务应用层、web接口层和人机交互层。

7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，该光电装备健康管理系统还包括外部数据接口和公共服务架构。

8.根据权利要求6所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，其中：

9.根据权利要求7所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，其中：

10.根据权利要求8所述的基于数字孪生的光电装备健康管理系统，其特征在于，业务应用层还用于进行数据传输，使用的基本业务领域对象继承自osa-cbm标准定义的相关接口，保证数据系统之间可交换，并通过相应算法运行引擎，解析相关配置文件，动态加载相关业务模块算法，自动配置完成相关仿真。

技术总结
本发明公开了一种基于数字孪生的光电装备健康管理系统，包括光电设备健康管理系统、便携式诊断工具ATE和内场健康管理训练平台；其中：光电设备健康管理系统包含实时状态监测模块、故障诊断模块、故障预测模块等模块；便携式诊断工具ATE，用于进行深度故障诊断、在线维修、数据收集、专家算法模型更新和参数更新；内场健康管理训练平台，用于支撑故障预测和诊断、健康管理、任务决策和保障决策的智能算法模型及参数的优化迭代，其通过与从外场带回的便携式诊断工具ATE连接，导入外场光电设备的状态数据以及健康管理过程数据，完成内场模型训练。本发明可准确预测外场光电设备的健康状态，准确生成维修时机和维修策略，有效解决了光电设备健康管理的难题。

技术研发人员：姚守悝,吴学铜,江涛,李越强
受保护的技术使用者：华中光电技术研究所（中国船舶集团有限公司第七一七研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11